L'airbag, un'invenzione straordinaria che ha salvato migliaia di vite, è un componente fondamentale dei moderni sistemi di sicurezza automobilistica. Questo dispositivo, progettato per proteggere il conducente e i passeggero in caso di collisione, ha una storia affascinante e un funzionamento complesso che merita di essere esplorato in dettaglio.
La Nascita dell'Airbag: Un Percorso Storico e Innovativo
L'idea alla base dell'airbag risale a ben prima dell'applicazione automobilistica diffusa. I primi prototipi di un "cuscino ad aria" furono concepiti nel novembre del 1919 da due inventori inglesi che, avendo assistito alle conseguenze di incidenti sia bellici che veicolari, notarono come molte vittime riportassero diverse lesioni. Il loro obiettivo era ridurre al minimo queste lesioni, sebbene il brevetto fu richiesto negli Stati Uniti.
Passarono diversi decenni prima che un americano, John Hetrick, riscoprisse l'importanza di un dispositivo simile, ma questa volta destinato all'uso civile. L'ispirazione gli venne una domenica pomeriggio, mentre era in auto con la moglie e la figlia. Durante un viaggio in campagna, un cervo attraversò improvvisamente la strada, costringendolo a sterzare bruscamente per evitarlo. Questo episodio lo portò a interrogarsi su cosa si potesse fare per evitare l'impatto del corpo contro il cruscotto. Così, iniziò a progettare un "cuscino di sicurezza per veicoli automobilistici", brevettato nell’agosto del 1952.
L'anno successivo, il tedesco Walter Linderer proseguì l'idea di Hetrick, progettando un cuscino gonfiabile ad aria compressa. Tuttavia, si scoprì che neanche l'aria compressa riusciva a gonfiare gli airbag in un tempo ragionevole, rendendo inefficace anche questo prototipo. Il vero punto di svolta arrivò nel 1967, quando l’ingegnere meccanico americano Allen Breed sviluppò un nuovo tipo di sensore, il “ball in-tube sensor”. Questo sensore, una pallina d’acciaio tenuta in posizione con l’aiuto di un magnete, è considerato tutt'oggi come il primo sistema airbag automobilistico elettromeccanico al mondo.
Componenti e Funzionamento dei Sistemi Airbag Moderni
Il sistema airbag è un sistema di ritenuta supplementare, il cui scopo è proteggere, insieme alle cinture di sicurezza, il conducente e il passeggero seduto sul sedile anteriore destro da eventuali lesioni nella parte superiore del corpo. Il sistema airbag anteriore lato guida e passeggero è composto da diversi elementi chiave:
- Moduli airbag lato guida e passeggero: Questi contengono il cuscino piegato e il generatore di gas. Il cuscino è costituito da migliaia di fili di nylon (circa 11mila) che rendono il tessuto fittissimo ed estremamente resistente. Per renderlo ancora più forte, viene rivestito da uno strato di silicone protettivo.
- Sistema di rilevamento passeggero anteriore: In alcuni modelli è previsto un sensore posto nel sedile del passeggero in grado di rilevare la presenza del passeggero e di disattivare, in caso di posto vuoto, il funzionamento dell'airbag.
- Sensori d'urto e sistema di monitoraggio con indicatore stato di pronto: All’interno delle automobili sono presenti diversi tipi di sensori. I sensori di accelerazione all’interno della centralina SRS (Supplemental Restraint System, più comunemente nota come centralina airbag) e i sensori d’urto distribuiti lungo la scocca del veicolo, permettono alla centralina di determinare la gravità dell’impatto.
Nel momento in cui avviene un impatto con un altro veicolo o con un ostacolo, questi sensori permettono alla centralina di determinare la gravità dell’impatto e - se necessario - attivare l’airbag. Sono sufficienti solamente 0,01 secondi (10 ms) dall’inizio della collisione affinché il comando arrivi al dispositivo di gonfiaggio del cuscino. Sebbene l’intervento da parte della centralina sia molto rapido, anche il gonfiaggio del cuscino richiede una notevole velocità.
Il dispositivo di innesco riscalda l'esplosivo nel giro di 2 millisecondi e riempie il cuscino dell'airbag entro 20-30 millisecondi, garantendo così al sistema airbag un tempo di intervento complessivo di circa 0,042 secondi! Nelle prime versioni commerciali dell'airbag si impiegava azoturo di sodio, una sostanza in polvere che, se innescata, dà origine a un grande volume di azoto molecolare, in grado di riempire il cuscino in meno di 50 millisecondi. Purtroppo, l’azoturo di sodio è altamente tossico e molto sensibile all’umidità, che può compromettere il funzionamento del sistema di gonfiaggio. Per neutralizzare la tossicità dell'azoturo, nelle versioni successive dell'airbag vennero introdotti anche silice e nitrato di potassio. Attualmente, per il gonfiaggio, viene impiegato il nitrato di guanidina che, a differenza dell’azoturo di sodio, è meno tossico e meno suscettibile all’umidità.
L'airbag viene gonfiato in 30/50 millesimi di secondo a una velocità di circa 3,2 × 10^5 m/h, pertanto può spingere all'indietro la testa del conducente. Una volta avvenuto questo contatto, il cuscino si sgonfia parzialmente per poter assorbire l’energia prodotta dall’impatto. Ciò permette di ridurre o addirittura eliminare la possibilità di ferite alla testa o al petto. Dopo circa 6 minuti, il cuscino si sarà completamente sgonfiato. Per attutire al meglio l’impatto, dietro al cuscino sono presenti dei fori di ventilazione, che gli consentono di sgonfiarsi senza che possa irrigidirsi o esplodere.
A seguito dell'attivazione di un airbag si avvertirà un forte scoppio e si vedrà una nube di residui polverosi innocui. Tale condizione è normale. Essa potrebbe comprendere amido di mais, talco in polvere (per lubrificare la borsa) o composti di sodio (ad es. bicarbonato) prodotti dal processo di combustione che gonfia l'airbag. Potrebbero essere presenti piccole quantità di idrossido di sodio, che possono provocare irritazione a cute e occhi, ma nessuno dei residui è tossico.
Tipologie di Airbag e Loro Applicazioni
Pur se il funzionamento è simile per tutti i tipi di airbag, questi sono prodotti in diverse dimensioni e forme, per poter essere montati in differenti parti dell'autoveicolo. Oltre ai classici airbag frontali per guidatore e passeggero, esistono:
- Airbag laterali: Questi funzionano seguendo lo stesso meccanismo dei frontali e sono progettati per proteggere in caso di impatti laterali.
- Airbag a tendina: Si dispiegano lungo i finestrini laterali per proteggere la testa degli occupanti in caso di impatti laterali o ribaltamento.
- Airbag posteriori: Meno comuni, ma in fase di sviluppo per offrire ulteriore protezione ai passeggeri sui sedili posteriori.
- Airbag per le gambe: Piccoli dispositivi situati sotto il volante che salvaguardano le gambe del guidatore.
Esistono inoltre diverse tecnologie di gonfiaggio:
- Airbag pirotecnici: Utilizzano una carica esplosiva per generare gas e gonfiare il cuscino. Fra la prima capsula e il sacco si trova una rete metallica a maglie fini che blocca l'accesso al sacco alle particelle solide e che raffredda i gas che lo gonfiano.
- Airbag ibridi: Sono più veloci dei pirotecnici e per questo vengono utilizzati per gli airbag laterali e per gli airbag a tendina. Lo spazio fra l'occupante e le porte è limitato, quindi il bag deve dispiegarsi più velocemente possibile.
- Airbag dual stage: Sono costituiti da una coppia di airbag ibridi o pirotecnici ma con un solo sacco. La centralina può scegliere di attivare una sola carica pirotecnica e gonfiarlo parzialmente oppure attivarle entrambe ma distanziate temporalmente. Il primo caso si può avere se sul sedile c'è un bambino o un occupante leggero: la loro ridotta quantità di moto non necessita il dispiegamento completo del sacco.
Il sistema più complesso delle auto moderne
Airbag Esterni e Altre Innovazioni
Oltre ai sistemi di protezione interna, varie case automobilistiche hanno allo studio dal 2009 l'installazione di serie di airbag esterni per proteggere i pedoni da ferite gravi o mortali alla testa e al collo in caso di urto frontale, nell'area dell'auto dove sono più probabili. L'airbag esterno non dovrebbe incidere in modo significativo sul costo finale dei veicoli. Consiste di un sistema di radar e sensori a infrarossi che, rilevata la presenza di un pedone e il rischio di imminente collisione, attiva il computer di bordo per azionare la frenata automatica e far gonfiare in pochi millisecondi un airbag a forma di ferro di cavallo, posto tra il cofano ed il parabrezza. Un'ulteriore funzionalità, in genere inclusa, prevede il sollevamento di diversi centimetri, sempre automatico, del cofano, per allontanare la lamiera dal motore e concederle un po' di spazio per deformarsi, in modo da ridurre i rischi di ferite gravi alla testa e al collo.
L'applicazione della tecnologia airbag si è estesa anche al di fuori dell'ambito automobilistico. Nelle attività sportive, come la moto e l'equitazione, il sistema airbag viene inserito all'interno di gilet e giubbotti tecnici ideati per proteggere il corpo umano in caso di incidente. In alcuni casi, tale protezione viene ideata assieme all'abbigliamento tecnico in modo integrato, diventando di fatto un tutt'uno. Nel 2013 è stata approvata la normativa EN 1621-4, che prevede una serie di test per l’omologazione degli airbag da moto, includendo test su innocuità dei materiali, tempo di gonfiaggio, affidabilità del sistema, ergonomia e comfort.
Importanza delle Cinture di Sicurezza e Rischi Associati all'Airbag
È importante sottolineare come anche le cinture di sicurezza siano essenziali per proteggere i passeggeri da gravi lesioni. La presenza del sistema airbag, infatti, non rende facoltativo l’impiego delle cinture di sicurezza, che rimangono il principale strumento di sicurezza passiva. Gli airbag sono sistemi di ritenuta supplementari, progettati per lavorare in combinazione con le cinture.
Dal momento che gli airbag si gonfiano rapidamente e con una forza considerevole, sussiste il rischio di morte o di gravi lesioni personali (ad es. fratture, traumi facciali o agli occhi e lesioni interne), specialmente nel caso di passeggeri non seduti correttamente o con le cinture di sicurezza slacciate al momento dell'attivazione dell'airbag. Il contatto con un airbag che si attiva potrebbe provocare abrasioni o gonfiore. Inoltre, il rumore dovuto all'attivazione dell'airbag potrebbe causare una temporanea perdita dell'udito.
L'airbag può essere usato una sola volta e, dopo il primo urto, deve essere sostituito. Diversamente da un paracadute, non può essere ripiegato e reinserito nell'apposito vano.
Considerazioni Finali
L'airbag è una tecnologia di sicurezza complessa e vitale, frutto di decenni di ricerca e sviluppo. La sua evoluzione, dall'idea iniziale di un "cuscino ad aria" ai sofisticati sistemi attuali, dimostra l'impegno costante verso la protezione degli occupanti dei veicoli. La corretta comprensione del suo funzionamento e l'uso consapevole delle cinture di sicurezza sono fondamentali per massimizzare l'efficacia di questo straordinario dispositivo di sicurezza. Le informazioni fornite hanno solo fine illustrativo, non esortativo né didattico, e alcune delle situazioni riportate potrebbero generare situazioni di pericolo o danni.