ING - Scuola di Ingegneria Industriale e dell'Informazione
28-apr-2021
2019/2020
La balistica lesionale si occupa di descrivere il processo di creazione di una ferita da arma da fuoco tramite osservazioni sperimentali e misurazione di parametri. Uno dei principali obiettivi della balistica lesionale è quello di raccogliere informazioni e analizzarle per comprendere il fenomeno e sviluppare modelli di previsione in modo scientificamente affidabile, così da poter fornire informazioni valide e utili per diverse utenze, dal chirurgo in sala operatoria, al patologo forense fino al mondo militare e della difesa.
Oggigiorno, lo sviluppo tecnologico dei sistemi di acquisizione di dati, come le fotocamere ad alta velocità, rappresenta un grande vantaggio per la balistica lesionale, poiché permette uno studio sempre più accurato dell’evoluzione temporale del fenomeno e dei relativi parametri di interesse. I settori che traggono interesse dalla balistica lesionale (militare, difesa, industriale, forense, medico) sono principalmente interessati alla cosiddetta “capacità lesiva” o “capacità offensiva” dei differenti proiettili, ovvero la loro efficacia a scopo difensivo. Questo concetto è reso in inglese dal termine effectiveness (efficacia), che si distingue dal termine effect (effetto). Figure di spicco nel mondo della balistica lesionale come Fackler, Dimaio, Kneubuehl, Jussila et al., hanno contribuito significativamente alla balistica lesionale. Essi hanno introdotto simulanti del tessuto muscolare umano per rispondere alla necessità di svolgere esperimenti che fossero affidabili e riproducibili nel descrivere il comportamento di un proiettile che colpisce un soggetto umano. L’attuale metodologia presente in letteratura per studiare il comportamento dei proiettili nel corpo umano e la loro efficacia lesiva include l’uso dei sopracitati simulanti (gelatina e sapone balistico) e delle riprese video ad alta velocità. A seguito dei test di sparo, i blocchi di gelatina o sapone vengono fisicamente manipolati (sezionati, riempiti, scansionati tramite tomografia computerizzata) per ottenere le misurazioni desiderate. Basandosi sul “Total Crack Length Method (TCLM)” studiato da Knappworst, Fackler, Kneubuehl et al. hanno proposto una metodologia sperimentale per calcolare l’energia ceduta al simulante lungo la profondità di penetrazione. Questo lavoro si propone di utilizzare le potenzialità delle riprese ad alta velocità unite all’analisi di immagine per arrivare allo stesso risultato, un profilo spaziale di cessione di energia, direttamente dalle riprese, senza la necessità di manipolazione fisica dei blocchi di gelatina. Inoltre, l’utilizzo di un nuovo tipo di gelatina balistica sintetica (non più organica) chiamato BaliGel permette un impiego della gelatina stessa più agevole e la possibilità di rifusione e riutilizzo. L’analisi di immagine della cavità temporanea che si crea nei blocchi al passaggio del proiettile, effettuata nel tempo e nello spazio, dà la possibilità di interpretare i dati da più punti di vista e permette inoltre di mantenerli integri a lungo e per ulteriori analisi. Una delle possibili e future utilità della ricostruzione dettagliata dello sviluppo della cavità temporale riguarda infatti il suo ruolo di validazione sperimentale per le simulazioni ad elementi finiti (FEM) di questo fenomeno.
Wound ballistics describes how a firearm wound is created, relying on experimental observations and parameters measurement. The most ambitious aims of wound ballistics are to obtain a reliable method to perform previsions and to collect useful information for the surgical, military and defense fields. Nowadays the improvement of data acquisition systems represents for sure a development in wound ballistics studies, allowing a reliable and scientific analysis of the parameters of interest. The sectors (military, defense, industrial, forensic, surgical) that are involved in wound ballistics are mainly interested in the “effectiveness” of different bullets (in Italian we would say “capacità lesiva” or “capacità offensiva”, while the commonly used “stopping power” has a different meaning). To investigate it, experiments that emulate real wound in human body need to be carried out, however the use of human or animal cadavers is not acceptable. Leading figures of wound ballistics such as Fackler, Dimaio, Kneubuehl, Jussila et al, gave a huge contribution in the use of simulants to perform reliable and reproducible experiments to investigate bullets’ behavior when hitting a soft tissue. Thus, methods to investigate bullets’ behavior and their effectiveness involve a simulant (ballistic gelatin or soap) and high-speed photography, then followed by physical measurement done on the simulant blocks through slicing or Computed Tomography analysis. Based on Fackler’s “Total Crack Length Method”, Kneubuehl et al. proposed an experimental way to compute the energy transfer along the penetration path inside gelatin. Conversely, this work exploits the power of high-speed photography and image analysis to pursue the same purpose (effectiveness computation) but directly from the images, without the need to apply a post-processing slicing method to the simulant. The use of a new type of synthetic ballistic gelatin, BaliGel, allows an easier handling of the simulant and the possibility to reuse it. Image analysis in time and space of the temporary cavity gives the possibility to look at data from more points of view and to keep them stored for long time. Moreover, the detailed image analysis is intended to be used as FEM simulation validation.