Análisis del riesgo de daño cerebral traumático basado en la cinemática de impactos en la cabeza producto de caídas en scooter eléctricos

Abstract

El rápido crecimiento de la micromovilidad eléctrica en Chile ha traído consigo un aumento significativo en la siniestralidad vial, donde los usuarios de scooters eléctricos presentan una alta vulnerabilidad a sufrir lesiones graves, específicamente traumatismos encéfalo craneanos. La presente investigación tiene como objetivo analizar biomecánicamente el riesgo de daño cerebral traumático producto de impactos de cabeza en caídas de scooters, utilizando simulaciones computacionales avanzadas. Para ello, se desarrolló un modelo de elementos finitos en el software LS-DYNA que replica la interacción dinámica entre un maniquí antropomórfico (Dummy Hybrid III percentil 50), un scooter eléctrico (Ninebot G30P) y un entorno urbano rígido. Se estudió la cinemática de caída tipo vaulting (eyección por bloqueo de rueda delantera) mediante un diseño experimental de cuatro escenarios, variando la velocidad de impacto (15 y 25 km/h) y el ángulo de incidencia (frontal y oblicuo). La evaluación del riesgo se realizó integrando criterios cinemáticos normativos (HIC, BrIC, RIC) con estimaciones avanzadas de deformación tisular obtenidas mediante modelos de redes neuronales convolucionales. Los resultados demostraron que, debido a la altura de caída y la naturaleza rígida del suelo, todos los escenarios evaluados superaron ampliamente el umbral crítico de fractura de cráneo (HIC > 3000), independientemente de la velocidad de circulación. Asimismo, se identificó que la dirección del impacto es un factor determinante en la severidad del daño interno: los impactos oblicuos generaron las mayores aceleraciones rotacionales y deformaciones del tejido cerebral (MPS > 0.42), indicando un alto riesgo de daño axonal difuso severo. Se concluye que el diseño intrínseco del scooter predispone a cinemáticas de alto riesgo y que, incluso a velocidades moderadas (15 km/h), existe una probabilidad latente de conmoción cerebral compleja, validando científicamente la necesidad imperativa del uso de casco certificado.

The rapid growth of electric micromobility in Chile has led to a significant increase in road traffic accidents, where electric scooter users are highly vulnerable to severe injuries, specifically traumatic brain injuries. The present research aims to biomechanically analyze the risk of traumatic brain injury resulting from head impacts during scooter falls, using advanced computational simulations. To this end, a finite element model was developed in LS-DYNA software to replicate the dynamic interaction between an anthropomorphic test device (Hybrid III 50th percentile Dummy), an electric scooter (Ninebot G30P), and a rigid urban environment. The vaulting-type fall kinematics (ejection due to front wheel blocking) were studied through an experimental design of four scenarios, varying impact velocity (15 and 25 km/h) and incidence angle (frontal and oblique). Risk assessment was performed by integrating normative kinematic criteria (HIC, BrIC, RIC) with advanced tissue deformation estimates obtained via convolutional neural network models. The results demonstrated that, due to the fall height and the rigid nature of the ground, all evaluated scenarios widely exceeded the critical skull fracture threshold (HIC > 3000), regardless of the travel speed. Furthermore, impact direction was identified as a determinant factor in internal damage severity: oblique impacts generated the highest rotational accelerations and brain tissue deformations (MPS > 0.42), indicating a high risk of severe diffuse axonal injury. It is concluded that the intrinsic design of the scooter predisposes users to high-risk kinematics and that, even at moderate speeds (15 km/h), there is a latent probability of complex concussion, scientifically validating the imperative need for the use of a certified helmet.