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Computación

Modelando estallidos del cerebro

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Una simulación por computador revela cómo resuenan las ondas explosivas en torno al casco de un soldado

  • por Brittany Sauser | traducido por Rubén Oscar Diéguez (Opinno)
  • 28 Noviembre, 2008

La Herida traumática cerebral (HTC) a menudo se llama la herida propia de la guerra de Irak. Los expertos en medicina aún deben determinar exactamente qué causa la afección, pero lo más probable es que se deba a ondas violentas de presión de aire emitidas por un artefacto explosivo improvisado (AEI) o a una granada propulsada por cohete. Las ondas de presión viajan a una velocidad cercana a la luz y pueden hacer vibrar el tejido blando del cerebro, causando daño permanente y sin embargo invisible. En un esfuerzo para comprender mejor cómo las ondas sacuden los cerebros de los soldados, los investigadores del Naval Research Laboratory (NRL) de Washington, DC, utilizando datos recogidos de experimentos en el laboratorio con maniquíes repleto de sensores, desarrollaron una simulación por computador que resultó en un modelo del movimiento de una onda de estallido que se propaga.

“La simulación nos brinda el campo de flujo en 3-D completo, las velocidades y distribuciones de presión en torno de la cabeza y el casco”, comenta David Mott, un científico que investiga física por computación y la dinámica de los fluidos en el NRL, y el líder del proyecto del modelo. “Realmente podemos observar cómo viajan e interactúan las ondas”.Las pruebas iniciales ya revelaron algunos resultados convincentes. “Notamos cómo las ondas de presión se concentran hacia arriba, por debajo del casco. Por lo tanto, la mayor presión está entre la cabeza y el casco, y no del lado dirigido al origen del estallido”, explica Mott. Los investigadores presentarán su trabajo hoy en el 61mo. Encuentro Anual de la División de Dinámica de Fluidos de la Sociedad Estadounidense de Física, en San Antonio, TX.“La física de un estallido es bastante compleja”, explica Raul Radovitzky, un profesor adscripto de aeronáutica y astronáutica en el MIT que no estuvo involucrado en el trabajo del NRL. Radovitzky ha creado un modelo de software que incorpora tanto la física de las ondas de presión como las propiedades variables del tejido del cerebro en colaboración con el Walter Reed Army Medical Center. “Un estallido tiene muchos componentes físicos diferentes: la onda de presión, la energía cinética de los fragmentos, productos químicos, componentes térmicos y la emisión electromagnética. Lo menos estudiado o comprendido es el efecto de la onda de presión respecto de la cabeza (de un soldado)”, expresa Radovitzky.En el nuevo trabajo, los investigadores del NRL están colaborando con un equipo de investigadores de Allen-Vanguard Technologies, de Canada. El grupo colocó cascos balísticos de los Marine Corps sobre maniquíes equipados con sensores de presión y acelerómetros, y se colocó a los maniquíes modificados en distintas posiciones y distancias respecto de explosiones controladas. Los investigadores recogieron los datos de más de 40 situaciones diferentes de estallido e integraron los datos a su simulación por computador.La simulación utiliza un juego de algoritmos de modelación de flujo bien establecidos para simular el flujo comprimible y de reacción para crear simulaciones en 3-D de la onda de presión que puede sentir el soldado real. Expresa Mott: “Estos (algoritmos) se utilizaron en el pasado, pero los estamos combinando de un modo nuevo para crear software para este problema en particular”. Los cálculos se hacen en dos etapas. Primero se utilizan los algoritmos para crear el estallido inicial para obtener un perfil realista del estallido de la explosión. “Esto incluye la química, para que obtengamos la fuerza de las ondas de presión y el campo de velocidad”, dice Mott. Segundo, a medida que la onda llega al maniquí, la información se ingresa a una simulación de flujo comprimible que produce una simulación 3-D más compleja de la geometría de cabeza-casco. Mott expresa que este enfoque combinado hace que los cálculos sean más realistas y eficientes.

Uno de los próximos pasos para los investigadores es unir la información de la onda de presión con los algoritmos de análisis estructurales que modelan la cabeza para ver cómo la aplicación de estas presiones se transmitiría a la materia blanda del cerebro. Los modelos por computación que permite a los científicos ver cómo la onda alcanza al cerebro les ayudará a entender mejor lo que acontece a nivel neuronal, según Radovitzky.Mott explica que la meta eventual es crear un sistema que se utilice en casos de víctimas de catástrofe para que el personal médico pueda descargar el historial de exposición a estallido del soldado herido y tratarlo de un modo acorde.A la larga, los hallazgos de los investigadores podrían mejorar los diseños de los cascos y proteger mejor a los soldados en el campo de batalla. Están colaborando con otro equipo de científicos del NRL que están diseñando sensores pequeños que pueden insertarse en el casco del soldado para registrar información clave respecto de la exposición al estallido. Otro equipo está realizando una tarea similar; el año pasado el ejercito de los Estados Unidos le otorgó un contrato de un millón de dólares a Simbad, de Lebanon, NH, para que creara cascos con sensores. Más recientemente, la Agencia de Proyectos de Investigación Avanzados de Defensa de los Estados Unidos (DARPA) otorgó un contrato de 3 años valor de 5 millones al Centro de Investigación de Palo Alto (PARC) para desarrollar una banda de plástico simple que puede adherirse al casco del soldado para medir la intensidad de la explosión.

Computación

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