L'airbag rappresenta un presidio di sicurezza fondamentale, installato come dispositivo di serie in tutte le automobili moderne. La sua funzione primaria è quella di limitare le conseguenze lesive derivanti dall'impatto degli occupanti contro le strutture rigide dell'abitacolo in caso di collisione. Questo "pallone" di sicurezza, rivestito di gomma e foderato in nylon, è impermeabile ai gas e dotato di fori nella porzione posteriore per un rapido sgonfiaggio controllato. Non esistono direttive europee che definiscano dimensioni standard per il dispositivo, il quale viene progettato in conformità con gli interni di ciascun modello automobilistico.
Breve Storia e Evoluzione del Sistema Airbag
L'idea alla base dell'airbag è piuttosto semplice: in caso di incidente, un sacco di plastica si riempie rapidamente di un gas, evitando che gli occupanti urtino violentemente contro il cruscotto o il piantone del volante. Lo sviluppo di un sistema airbag affidabile ha richiesto lo sforzo congiunto di chimici, ingegneri meccanici ed elettronici, un impegno che ha portato a salvare la vita di molti automobilisti.
Il primo prototipo di airbag risale addirittura al novembre del 1919, quando due ideatori inglesi, che avevano curato diverse vittime di guerra, notarono come molte di esse riportassero lesioni dovute non solo a proiettili e bombe, ma anche a collisioni tra veicoli. Progettarono quindi un "cuscino ad aria" destinato a essere installato su auto e aerei guidati dai soldati, richiedendo il brevetto negli Stati Uniti. Decenni dopo, nel 1952, l'americano John Hetrick riportò alla luce l'importanza di questo dispositivo per uso civile. L'idea gli venne una domenica pomeriggio, quando, in auto con la famiglia, dovette sterzare bruscamente per evitare un cervo. Si chiese allora come evitare l'impatto del corpo contro il cruscotto e iniziò a progettare un "cuscino di sicurezza per veicoli automobilistici", brevettato nell'agosto del 1952. L'anno seguente, il tedesco Walter Linderer portò avanti 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 questo prototipo.
Il 1967 segna una svolta con lo sviluppo del primo airbag commerciale da parte dell'ingegnere meccanico americano Allen Breed. Basandosi su numerosi studi in materia di sicurezza automobilistica e sui prototipi esistenti, Breed sviluppò un nuovo tipo di sensore, il "ball in-tube sensor" (una pallina d'acciaio tenuta in posizione con l'aiuto di un magnete), considerato tutt'oggi come il primo sistema airbag automobilistico elettromeccanico al mondo. Questo airbag era in grado di rilevare una collisione e attivare il cuscino entro 25 millisecondi. Quando il sensore percepiva una collisione, la pallina d'acciaio si separava dal magnete, chiudendo l'interruttore del detonatore dell'airbag e attivando il dispositivo di espansione del cuscino (collocato all'interno del volante) contenente azoturo di sodio. Questa sostanza in polvere, se innescata, dà origine a un grande volume di azoto molecolare, in grado di riempire il cuscino in meno di 50 millisecondi.
La prima vettura di produzione a montare i "cuscini salvavita" - la Oldsmobile Toronado - fu presentata negli USA solo vent'anni dopo, nel 1973. All'epoca, il sistema presentava molti limiti tecnici e risultava molto costoso, tanto che i consumatori si dimostrarono disinteressati e la stessa Oldsmobile eliminò la possibilità di utilizzare gli airbag. In Europa, la tedesca Mercedes-Benz fu la prima casa costruttrice a offrire gli airbag sulle proprie auto, proponendo il dispositivo come optional sui suoi modelli più prestigiosi a partire dal 1981.
Da allora, le ricerche automobilistiche nel campo della sicurezza hanno portato a una diffusione sempre maggiore degli airbag. Dal 1 aprile 1989, negli Stati Uniti è obbligatorio che le auto nuove siano dotate del cuscino lato guida, mentre l'obbligo di quello per il passeggero anteriore è entrato in vigore nel 1998. In Europa, la normativa varia da nazione a nazione: in Italia, l'obbligo di airbag lato guida per i nuovi modelli più potenti è stato imposto dal 1992, mentre quello dei due cuscini anteriori è arrivato su tutte le auto circa dieci anni dopo. Solo negli Stati Uniti, negli ultimi trent'anni, questi dispositivi hanno salvato la vita a più di 50mila persone. È importante sottolineare, però, 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.
Meccanismo di Funzionamento dell'Airbag
Il sistema airbag è composto da quattro elementi fondamentali: sensori di accelerazione, centralina elettronica di gestione (ECU), dispositivo di gonfiaggio e cuscino.
Rilevazione dell'Impatto
Durante una collisione, dei sensori di accelerazione (accelerometri) rilevano una decelerazione improvvisa, tipica di un urto. Questi sensori sono presenti all'interno della centralina SRS (Supplemental Restraint System, più comunemente nota come centralina airbag) e distribuiti lungo la scocca del veicolo. Il loro scopo è monitorare il corretto funzionamento del veicolo e garantire la sicurezza per il conducente e i passeggeri. Nel momento in cui avviene un impatto con un altro veicolo o con un ostacolo, i sensori permettono alla centralina di determinare la gravità dell'impatto e - se necessario - attivare l'airbag.
Attivazione del Sistema di Gonfiaggio
Sono sufficienti solamente 0,01 secondi (10 ms) dall'inizio della collisione affinché il comando arrivi al dispositivo di gonfiaggio del cuscino. Se la centralina decide che le conseguenze dello scontro sui passeggeri possono essere ridotte dagli airbag, essa invia un segnale al dispositivo di gonfiaggio. L'ECU attiva un detonatore elettrico (in genere una piccola resistenza) che accende un propellente solido contenuto in una cartuccia.
Gonfiaggio e Sgonfiaggio del Cuscino
Sebbene l'intervento da parte della centralina sia molto rapido, anche il gonfiaggio del cuscino richiede una notevole velocità. Proprio per questo motivo, viene impiegato il nitrato di guanidina che, a differenza dell'azoturo di sodio presente nelle prime versioni commerciali dell'airbag, è meno tossico e meno suscettibile all'umidità. Una volta rilevato l'impatto, 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! La decomposizione del propellente è esotermica e produce azoto gassoso (N₂), che gonfia rapidamente il cuscino. Il gas prodotto (principalmente azoto, N₂) fluisce in un sacco di tessuto sintetico piegato nel volante, nel cruscotto o nel montante laterale.
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. Una volta avvenuto il contatto, il cuscino si sgonfia parzialmente per poter assorbire l'energia prodotta dall'impatto. 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. 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.
Oltre ai classici airbag frontali, esistono anche quelli laterali, posizionati nei sedili, nelle portiere o nel padiglione, e altri sistemi di protezione come quelli per le ginocchia o per la testa, che funzionano seguendo lo stesso meccanismo. In molti nuovi modelli di auto se ne trovano sparsi nell'abitacolo sette o otto o anche una decina. Nei crash test, questi sono fondamentali per far salire punteggi e stellette di valutazione circa la capacità del veicolo di proteggere i passeggeri dagli urti in caso d'incidente stradale.
Airbag goes off in human guinea pig crash test
La Composizione Chimica e i Potenziali Effetti Tossici
Le prime versioni commerciali dell'airbag utilizzavano l'azoturo di sodio (NaN₃) come propellente. Questa sostanza, quando innescata, dà origine a un grande volume di azoto molecolare (N₂), in grado di riempire il cuscino in meno di 50 millisecondi. L'azoto rappresenta la scelta migliore di un gas non tossico; dopotutto, l'azoto costituisce il 78% in volume dell'aria che respiriamo. Tuttavia, l'azoturo di sodio è altamente tossico e molto sensibile all'umidità, che può compromettere il funzionamento del sistema di gonfiaggio del cuscino. Inoltre, i suoi prodotti di reazione possono risultare particolarmente dannosi.
Durante una riunione dell'American Chemical Society, Eric Betterton, docente dell'Università americana dell'Arizona, ha denunciato che all'interno dell'airbag è contenuto il sodio azidrato, sostanza altamente tossica. Lo studioso ha messo in guardia dai rischi derivati dalla dispersione accidentale della sostanza, letale per l'uomo (bastano pochi grammi di sodio azidrato per uccidere una persona) e altamente dannosa per l'ambiente in quanto distrugge i batteri del suolo e le piante.
Quando un veicolo dotato di airbag subisce un impatto, la reazione che si scatena scalda le tavolette di sodio azidrato e le fa esplodere. La decomposizione provoca l'immediato rilascio di innocuo gas azoto e sodio metallico. Tuttavia, il sodio metallico residuo è molto reattivo e deve essere neutralizzato per evitare rischi. Secondo il docente dell'Università dell'Arizona, le case produttrici adottano precauzioni per rendere l'airbag sicuro una volta aperto (il sodio metallico, teoricamente esplosivo, viene mischiato con silice e ossido di ferro, per renderlo meno attivo chimicamente), ma a ciò non si accompagnano adeguate misure di sicurezza nel confezionamento e nel ritiro della sostanza tossica prima della rottamazione dei veicoli dotati di airbag. Gravi pericoli potrebbero derivare dall'abbandono in discarica delle automobili o dalla loro demolizione; per scongiurare questi rischi, secondo Eric Betterton, si dovrebbe adottare la precauzione di fare scoppiare l'airbag quando i veicoli giungono a fine vita.
Nelle versioni successive dell'airbag, per neutralizzare la tossicità dell'azoturo, sono stati introdotti anche silice e nitrato di potassio. Successivamente, è stato impiegato il nitrato di guanidina, meno tossico e meno suscettibile all'umidità rispetto all'azoturo di sodio.
Gonfiandosi e sgonfiandosi, gli airbag liberano una miscela di gas ad alta temperatura, tra gli altri azoto e biossido di carbonio, nonché una sostanza fortemente basica, l'idrossido di sodio, che ha un'azione spiccatamente irritante. Trattandosi di polveri, l'ustione cutanea si presenta solo quando queste sostanze vengono a contatto con la cute inumidita dai fluidi corporei come il sudore o le lacrime.
Lesioni Traumatiche da Apertura dell'Airbag
Nonostante la sua funzione salvavita, l'apertura dell'airbag può talvolta causare lesioni. Queste vengono distinte, a seconda del distretto interessato, in cranio-facciali, toraciche, addomino-pelviche e di altre sedi come gli arti superiori ed inferiori.
Lesioni Cranio-Facciali
Le lesioni del volto sono le più frequenti e derivano dall'impatto diretto del viso contro il dispositivo in apertura. Sono stati documentati traumi diretti del setto nasale, dell'orbita, dell'osso frontale e possibili lesioni indirette alla retina e al nervo ottico. Le lesioni oculari sono in stretta connessione con l'utilizzo degli occhiali da vista o da sole, che possono frantumarsi e causare ulteriori danni. I traumi dell'orecchio (danni cocleari, lacerazioni del nervo acustico) derivano dalla detonazione del dispositivo di sicurezza, che produce un rumore molto forte, oppure dal contraccolpo della testa sullo stesso. Il danno lesivo da airbag a livello dermatologico (cute del volto) si produce tramite un meccanismo diretto (contusione, ematoma) oppure durante lo "sfregamento" della cute contro la superficie esterna del dispositivo di ritenuta (abrasione, bruciatura). Come precedentemente accennato, l'ustione cutanea può manifestarsi quando le polveri irritanti liberate dall'airbag entrano in contatto con la cute inumidita da sudore o lacrime.
Lesioni Toraciche e Addomino-Pelviche
Sebbene l'airbag sia progettato per proteggere il torace, in alcuni casi possono verificarsi lesioni. Queste possono includere contusioni, fratture costali o, in rari casi, lesioni interne agli organi dovute alla forza dell'impatto con il cuscino in rapida espansione. Analogamente, anche se meno comuni, possono verificarsi lesioni addomino-pelviche.
Lesioni agli Arti Superiori e Inferiori
Le lesioni agli arti superiori riguardano abrasioni cutanee da sfregamento e traumi diretti di radio, ulna e omero. Queste si verificano spesso quando le braccia del conducente sono in una posizione tale da impattare direttamente con il cuscino in apertura. Similmente, possono verificarsi lesioni agli arti inferiori, sebbene siano meno frequentemente documentate.
Problematiche Moderne: Airbag Difettosi e Richiami Massivi
Purtroppo, non mancano i casi in cui questi dispositivi si rivelano difettosi, diventando tutt'altro che sicuri. Progettazione e costruzione errate dei sensori o del dispositivo di gonfiaggio rischiano di realizzare azionamenti inopportuni, o creare un eccesso di pressione all'interno dell'airbag, facendolo esplodere e producendo schegge di plastica o metallo proiettate ad alta velocità verso i passeggeri. In questi casi, la casa produttrice deve assolutamente ritirare le auto difettose dal commercio per sostituire il difetto, che può essere causa di gravi incidenti, talvolta letali.
Un esempio emblematico di questa problematica è rappresentato dal caso della Takata Corporation, un'azienda giapponese fornitrice di componenti per l'industria automobilistica, che è stata al centro di un enorme richiamo a livello mondiale. Oltre 16 milioni di automobili sono risultate avere airbag difettosi, e i marchi interessati sono molteplici (Honda, Acura, Toyota, Lexus, Nissan, BMW, Chrysler, Dodge, Ram, Ford, Mazda, Mitsubishi, Pontiac, Saab, Subaru e anche Fiat hanno continuato a chiedere di poter velocizzare i richiami).
I primi casi di malfunzionamento risalgono al 2008, quando l'ente statunitense NHTSA (National Highway Traffic Safety Administration) avviò un'indagine in seguito a specifiche denunce. Nel 2013, tuttavia, arrivarono i primi segnali di un vero e proprio tsunami che non escluse alcun marchio, colpendo perfino la Ferrari. Gli airbag per il lato guida, in particolare, prodotti da Takata all'inizio degli anni duemila, hanno provocato cinque morti accertate e almeno 160 feriti a causa di un difetto costruttivo del dispositivo di gonfiaggio.
In sostanza, la Takata ha utilizzato un propellente particolarmente instabile per le capsule di gonfiaggio: il nitrato d'ammonio. Questo composto chimico, dai costi bassissimi, è impiegato anche per i fertilizzanti, per il ghiaccio istantaneo e perfino per piccoli ordigni. Tale instabilità, specialmente in presenza di umidità e fluttuazioni di temperatura, può portare a una combustione eccessivamente rapida del propellente, con conseguente sovrapressione e rottura violenta dell'involucro metallico del generatore di gas. Questo difetto può proiettare schegge metalliche verso gli occupanti del veicolo al momento dell'attivazione dell'airbag, trasformando un dispositivo di sicurezza in una potenziale fonte di grave pericolo. A causa del peso di risarcimenti miliardari, la Takata è andata in bancarotta e le sue attività sono state cedute alla Key Safety Systems.
Il problema dell'airbag difettoso che ha probabilmente causato il decesso di una giovane donna di Catanzaro riporta all'attenzione pubblica una problematica ormai datata, ma ancora oggi fonte di grattacapi per l'industria automobilistica globale. Molte sono le domande inevase, a partire da quanti veicoli, in tutto il mondo, siano ancora coinvolti in questi richiami.
L'azionamento di questo dispositivo è estremamente delicato: immaginate di essere alla guida della vostra auto e, durante il superamento di un dosso, d'improvviso vi troviate con un enorme pallone davanti al naso. Non sarebbe piacevole, vero? L'airbag però non scatta per così poco. Questo perché all'interno delle nostre automobili sono presenti diversi tipi di sensori, il cui scopo è quello di monitorare il corretto funzionamento del veicolo, e quindi di garantire la sicurezza per il conducente e i passeggeri. Il problema è che un difetto nei sensori o nel dispositivo di gonfiaggio può compromettere questa precisione, portando a malfunzionamenti.
