工程师们通过将假人扔进游泳池来了解潜水伤害

下次你准备从跳水板上跳下来躲避夏日的酷暑时，请考虑一下：动物王国里有些动物甚至让最耀眼的奥运跳水运动员汗颜。以塘鹅为例。为了寻找新鲜的鱼吃，这种白色的海鸟可以以每小时 55 英里的速度跳入水中。这几乎是从 10 米跳台上跳下的人类精英运动员速度的两倍。

工程师们现在可以自己测量跳水对人体的影响，而无需任何真人在此过程中受到伤害。他们制作了人体模型，比如碰撞测试假人，给它们装上力传感器，然后把它们扔进水中。他们的研究结果于 7 月 27 日发表在《科学进展》杂志上，表明人体一头扎进水中是多么不自然。

康奈尔大学生物工程师、此项研究的研究人员之一 Sunghwan Jung 说道：“人类天生就不适合潜入水中。”

过去几年，荣格的团队一直在研究各种生物如何坠入水中。最初，他们专注于动物：例如塘鹅、鼠海豚和蛇蜥，蛇蜥以在重力迫使其脚沉入水中之前在水面上奔跑而闻名。

这些动物的身体很可能已经进化并适应了它们的水生环境。它们可能需要潜入水下寻找食物或躲避从上方俯冲下来的捕食者。在较干燥的陆地环境中进化的人类没有这样的生物需求。对我们来说，这种倾向使潜水变得更加危险。

“人类则不同，”荣格说道。“人类潜入水中是为了好玩——而且很可能经常受伤。”

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荣格和他的同事想要测量人体坠入水面时受到的力。​​为此，他们用 3D 打印了人体模型，并在上面安装了传感器。这些传感器可以记录假人潜水员受到的力，以及这种力在水花飞溅时如何变化。

他们测量了三种不同的姿势，每种姿势都模仿一种潜水动物。为了模仿海豚的圆头，人体模型头朝下跳入水中。为了模仿鸟的尖喙，第二种姿势是人体模型的双手在头部外呈 V 形连接。为了模仿蜥蜴落水的方式，第三种姿势是人体模型用脚跳入水中。

当物体受到撞击力时，研究人员发现，力的变化率取决于物体的形状。圆形物体（如人的头部）受到的冲击比尖锐物体更大。

由此，他们估算出了一些高度，超过这些高度以特定姿势跳水会很危险。他们说，从大约 50 英尺高空双脚先着地跳水会让你面临膝盖受伤的风险。从大约 40 英尺高空双手先着地跳水可能会让你承受足够的力量伤到你的锁骨。研究人员认为，从仅仅 27 英尺高空头部先着地跳水可能会导致脊髓损伤。

您可能不会在当地的游泳池遇到这么高的跳水板，但当您从悬崖跳水等高处跳下时，这并不令人难以想象。

华盛顿大学研究脊髓损伤恢复方式的切特莫里茨 (Chet Moritz) 表示：“这个模型非常可靠，观察不同的影响非常有趣”，但他没有参与这篇论文。

脊髓损伤并不常见，但泳池边的警告恳求你不要跳入浅水中，理由很充分：创伤可能会使人极度虚弱。2013 年的一项研究发现，大多数脊髓损伤是由于跌倒或车祸造成的，而跳水占了其中的 5%。

但莫里茨指出，他所知道的脊髓损伤是由于撞到泳池底部，而不是这些工程师正在仔细检查的水面造成的。“从我的经验来看，我还没听说有谁因为撞到水而导致脊髓损伤，”他说。

尽管如此，荣格认为，如果人们无法停止潜水，那么他的研究至少可以让这项活动更安全。“如果你真的需要潜水，那么最好遵循这些建议，”他说。也就是说：尽量不要头朝下扎入水中。

荣格团队开展这项研究不只是为了提高潜水安全警示。他们还试图制造一种抛射物——一种前端尖锐的抛射物，灵感来自鸟喙——可以更好地在深水中形成弧线。

更正（2022 年 7 月 28 日）： Sunghwan Jung 的姓氏之前拼写错误。现已更正。