プールに人形を投げ込むことで、エンジニアがダイビングの傷害について学んだこと

次回、夏の暑さから逃れるために飛び込み台から飛び込もうとしているときには、次のことを考えてみてください。動物界には、オリンピックの最も派手な飛び込み選手さえも恥じ入らせるような生き物がいます。たとえば、カツオドリです。この白い海鳥は、新鮮な魚を求めて、時速 55 マイルで水中に飛び込むことができます。これは、10 メートルの高さから飛び込む一流の人間のアスリートのほぼ 2 倍の速度です。

エンジニアたちは、ダイビングが人体にどのような影響を与えるかを、実際に人間に危害を加えることなく、自ら測定できるようになりました。彼らは衝突試験用のダミー人形のようなマネキンを作り、それに力センサーを取り付けて、水中に落としました。7月27日付けの科学誌「サイエンス・アドバンス」に発表された研究結果は、人体が水中にまっさかさまに突っ込むことがいかに不自然であるかを示しています。

「人間は水中に潜るようには作られていない」と、この研究の研究者の一人であり、コーネル大学の生物工学者、ソンファン・ジョン氏は言う。

ユング氏のグループは過去数年間、さまざまな生物がどのようにして水中に衝突するかを研究してきた。当初は、カツオドリやネズミイルカ、重力で足が水中に沈む前に水面を走ることで有名なバジリスクなどの動物に焦点を当てた。

これらの動物の体は、おそらく水生環境に適応して進化したのだろう。餌を探すため、あるいは上から​​襲いかかる捕食者を避けるために、水中に潜る必要があったのかもしれない。乾燥した陸上環境で進化した人間には、そのような生物学的必要性はない。人間にとって、その傾向は潜水をさらに危険なものにしている。

「人間は違います」とユング氏は言う。「人間は楽しみのために水に飛び込みますが、おそらく頻繁に怪我をするでしょう。」

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ユング氏と彼の同僚は、人体が水面に衝突したときに受ける力を測定したかった。そのために、彼らはマネキンを3Dプリントし、それにセンサーを取り付けた。センサーは、ダミーダイバーが受ける力、そしてその力が水しぶきとともにどのように変化するかを記録することができる。

彼らは、潜水動物を模倣した3つの異なるポーズを測定した。イルカの丸い頭を模倣するため、マネキンは頭から水に飛び込んだ。鳥の尖ったくちばしを模倣するため、2番目のポーズではマネキンの両手が頭の向こうでV字型に合わされた。そして、トカゲが水に落ちる様子を模倣するため、3番目のポーズではマネキンは足から水に飛び込んだ。

研究者たちは、物体が衝撃の力を受けると、その力の変化率は物体の形状によって異なることを発見した。人間の頭のような丸い形状の物体は、尖った形状の物体よりも激しい衝撃を受けた。

このことから、研究者らは、特定の姿勢で飛び込むと危険な高さをいくつか推定した。約 50 フィートの高さから足から飛び込むと、膝を負傷するリスクがあると研究者らは述べている。約 40 フィートの高さから手から飛び込むと、鎖骨を痛めるほどの衝撃を受ける可能性がある。また、わずか 27 フィートの高さから頭から飛び込むと、脊髄損傷を引き起こす可能性があると研究者らは考えている。

地元のプールでそこまで高い飛び込み台に遭遇することはおそらくないでしょうが、たとえば崖から飛び込むときに、そこまでの高さから飛び込むことは考えられないことではありません。

「モデル化は非常にしっかりしており、さまざまな影響を見るのは非常に興味深い」とワシントン大学で脊髄損傷からの回復を研究し、この論文には関わっていないチェット・モリッツ氏は述べた。

脊髄損傷は一般的ではありませんが、プールサイドの警告には、浅瀬への飛び込みは絶対に避けるよう書かれています。これは、外傷によって完全に衰弱してしまう可能性があるためです。2013 年の調査では、脊髄損傷の大半は転倒または自動車事故によるもので、そのうちの 5 パーセントが飛び込みによるものであることがわかりました。

しかし、モーリッツ氏は、自分が知っている脊髄損傷は、エンジニアが精査しているプールの表面ではなく、プールの底にぶつかったことで起きていると指摘する。「私の経験では、水そのものにぶつかっただけで脊髄損傷を負った人を知りません」と同氏は言う。

それでも、もし人々がダイビングをやめられないのであれば、彼の研究によって少なくともダイビングはより安全なものになるかもしれないとユング氏は信じている。「本当にダイビングをしなければならないなら、こうしたアドバイスに従うのがよいでしょう」と彼は言う。つまり、頭から水に突っ込まないようにする、ということだ。

ユング氏の研究グループは、ダイビングの安全警告を改善するためだけにこの研究を行っているのではない。彼らは、鳥のくちばしにヒントを得た、先端が尖った、より深い水中で弧を描くことができる発射体を作ろうとしている。

訂正（2022年7月28日）：チョン・ソンファンの姓の表記に誤りがありました。訂正しました。