W trakcie interwencji w Iraku i Afganistanie armie koalicji natrafiły na znacznie mniej zaawansowanego technologicznie, ale przebiegłego wroga. Bojownicy w jednym i drugim kraju nękali zachodnich okupantów tak długo, aż zdemoralizowani opuszczą ich ojczyzny. Jedną z taktyk były zamachy przeprowadzane za pomocą domowej roboty bomb, tzw. improwizowanych ładunków wybuchowych (określenie pochodzące z żargonu armii USA, gdzie nazywają się IED od improvised explosive device; nasi żołnierze na misjach nazywali je „ajdikami”). Te proste konstrukcje okazały się zaskakująco skuteczne w atakowaniu np. konwojów. Zaskakująco skuteczne w tym wypadku oznaczało zaskakująco śmiertelne w skutkach.

Dowódcy wojskowi podjęli więc decyzję o wyposażeniu armii w transportery opancerzone typu MRAP (mine-resistant ambush protected – pojazd o zwiększonej odporności na miny i zasadzki). Pojazdy są większe i bardziej masywne niż zwykłe pojazdy wojskowe i posiadają charakterystyczną konstrukcję podwozia w kształcie litery V, co umożliwia rozpraszanie energii wybuchu ładunku znajdującego się pod pojazdem. Lepsze opancerzenie to jednak niejedyny sposób, w jaki można zabezpieczyć życie żołnierzy. – W trakcie wybuchu miny na kręgosłupy pasażerów pojazdu działa przyspieszenie o wartości nawet kilkusetkrotnie większej niż ziemskie. To potężne obciążenia, które mogą powodować obrażenia wewnętrzne człowieka skutkujące śmiercią – tłumaczy dr Edyta Krzystała z Politechniki Śląskiej.

Odpowiednie rozprowadzenie i rozproszenie oddziaływania fali uderzeniowej wybuchu oznacza ratunek dla uwięzionych w pojeździe żołnierzy. Temu może służyć na przykład odpowiednia konstrukcja foteli. Nie będą w stanie co prawda pochłonąć całej energii wybuchu, ale znacząco zmniejszą obrażenia. Chociaż połamane nogi to nic przyjemnego, jednak to znacznie lepsza alternatywa niż utrata życia.

Projekt takiego fotela może dzisiaj powstać w całości na ekranie komputera. Maszyna zasymuluje również ekstremalne warunki wybuchu i ich wpływ na ludzkie ciało, a także zmianę w dotkliwości obrażeń przy różnych rozwiązaniach konstrukcyjnych. Nawet najlepszy model może się jednak rozbić o fizyczne realia, stąd konieczność dokładniejszego ich poznania. Temu właśnie służy czujnik opracowany przez naukowców z Politechniki Śląskiej. – Czujnik jest częścią większego systemu, który ma służyć weryfikacji modeli tworzonych przez naukowców do zobrazowania zjawisk dynamicznych, w tym przypadku wybuchów – tłumaczy dr hab. Sławomir Kciuk.

Czujnik służy do pomiaru ciśnienia oddziałującego na klatkę piersiową pasażera podczas wybuchu. Jest elementem systemu, w skład którego wchodzą jeszcze inne czujniki oraz rejestrator, czyli czarna skrzynka, do której są one podłączone. Zestaw powstał w ramach współpracy z wrocławską firmą Dom Samochodowy Germaz sp. z o.o., która wspólnie z Politechniką Wrocławską oraz Wyższą Szkołą Oficerską Wojsk Lądowych zabrała się do zaprojektowania wielozadaniowego pojazdu opancerzonego AMRV G10. Czujnik był wykorzystywany w polowych testach, w trakcie których pod prototypowymi konstrukcjami odpalano prawdziwe ładunki wybuchowe. – Przeprowadzenie takich badań jest niezwykle czasochłonne i drogie, bo wiąże się to z wynajęciem ekipy pirotechników, zastosowaniem wszelkich środków bezpieczeństwa oraz skompletowaniem odpowiednich systemów pomiarowych i aparatury przeznaczonej do tego typu zjawisk. Jest to również bardzo trudne zadanie logistyczne. Dlatego tak bardzo zależało nam na tym, żeby nasz czujnik sprawdził się doskonale – mówi dr Krzystała.

Sercem czujnika jest tensometr – opracowane po raz pierwszy już w 1938 r. przez Edwarda E. Simmonsa i Arthura C. Ruge’a urządzenie zmieniające swój opór elektryczny pod wpływem deformacji. Jej źródłem jest w tym wypadku fala uderzeniowa powstała pod wpływem wybuchu, a zmiana oporu jest proporcjonalna do oddziałującego na czujnik ciśnienia. Stąd naukowcy mogą przeliczyć zmianę oporu na parametr, który ją wywołał.

Czujnik podłączony jest do „mózgu” całego urządzenia, czyli odpornej na wstrząsy czarnej skrzynki, która zapisuje dane z eksplozji na karcie pamięci. Skrzynka jest autonomiczna, co oznacza, że posiada własne zasilanie. W momencie eksplozji znajduje się w pojeździe i jest tak skonstruowana, że rozpoczyna zapis równocześnie z odpaleniem ładunków wybuchowych. Zebrane na karcie pamięci dane staną się podstawą do weryfikacji modeli teoretycznych opisujących wpływ ekstremalnego środowiska na ludzkie ciało.

„Żołnierzem”, na którym zamontowano całą aparaturę pomiarową w trakcie testów polowych, był manekin Zenek. – Już teraz na rynku dostępne są manekiny, których używa się do podobnych pomiarów, ale kosztują nawet 50 tys. euro. Nie jesteśmy też pierwszymi, którzy opracowali czujnik do pomiaru ciśnienia. Nasze rozwiązanie jest jednak znacznie tańsze – tłumaczy dr hab. Kciuk. Urządzenie może także służyć do pomiaru ciśnienia występującego w innych sytuacjach. Wynalazcy z Gliwic myślą też nad aplikacją urządzenia do podobnych badań, tyle że przeprowadzanych dla górnictwa.

Tymczasem w Iraku i Afganistanie MRAP udowodniły, że myśl techniczna jest w stanie przystosować się do każdych warunków. Jak informował w 2010 r. dziennik „USA Today”, powołując się na źródła w Departamencie Obrony, zastosowanie tych pojazdów zmniejszyło liczbę ofiar wśród amerykańskiej armii o 30 proc. między 2000 a 2010 r. Pentagon w 2011 r. szacował, że wozy te uchroniły od śmierci 40 tys. żołnierzy – 10 tys. w Iraku i 30 tys. w Afganistanie. Czujnik naukowców z Politechniki Śląskiej jest ważnym elementem procesu mogącego doprowadzić do premiery rynkowej polskiego MRAP, który być może kiedyś uratuje jakiemuś żołnierzowi życie.