法医学工学

法医学工学は、「民事および刑事の両方を含む法的活動につながる可能性のある、実用性から壊滅的な障害までの範囲の障害の調査」と定義されています。^[1]法医学工学の分野は、カバーする多くの分野に関して非常に広範囲であり、法医学工学を使用する調査には、構造物への環境被害、機械のシステム障害、爆発、電気、火災発生源、車両の故障など、さまざまなケースがあります。^{[2] [1]}

法医学工学調査には、故障したり、意図したとおりに動作または機能しなかったりして、人身傷害、財産損害、経済的損失を引き起こした材料、製品、構造物、または部品の調査が含まれます。故障の結果は、安全衛生法、契約法、製造物責任法、不法行為法などを含むがこれらに限定されない、刑法または民法のいずれかに基づく訴訟の原因となる可能性があります。この分野では、車両や機械の操作中に事故につながったプロセスと手順の追跡も扱います。一般に、法医学工学調査の目的は、部品の性能や寿命を向上させる目的で故障の原因を突き止めること、または事故の事実を判断する際に裁判所を支援することです。知的財産権の主張、特に特許の調査も含まれる場合があります。米国では、法医学エンジニアには各州の専門エンジニアライセンスが必要です。

工学分野が時とともに進化するにつれ、法医学工学の分野も進化してきました。初期の例としては、 1879年のテイ鉄道橋の事故や1847年のディー橋の事故など、橋の破損の調査が挙げられます。初期の鉄道事故の多くは、サンプルの引張試験や破損した部品の破断検査の発明を促しました。^[3]

法医学工学の分野では、故障した材料、製品、構造、部品に関する調査とデータ収集のプロセスが極めて重要です。^{[2]これには、検査、証拠の収集、測定、モデルの開発、サンプル製品の入手、実験の実施が含まれます。多くの場合、テストと測定は}独立したテストラボまたはその他の評判の良い公平なラボ で行われます。

事件を調査する際、法医学技術者は調査プロセスの一連の標準的な手順に従います。法医学技術者が現場に到着したら、まず安全を確保し、すべての危険が対処され、安全に取り扱い、分析できることを確認します。^[4]次のステップは、初期の事件評価を行うことです。これは分析を行う前に行われ、手元にある解決策を素早く観察します。^[4]調査プロセスの3番目のステップは、調査の進め方と、分析を正確に行うために取得する必要があるリソースを計画することです。^[4]次に、敬意を表す条件を確立します。これは、法医学技術者が調査で何を行うかについてクライアントと相談するときです。^[4] 次のステップは調査チームを作成することです。調査方法が計画されると、分析を行うために必要な特定の分野の専門家のチームが作成されます。^[4]最後に、調査を開始し、ここで分析を行います。

法医学工学で行われる分析には、根本原因分析と故障分析の 2 つの主な種類があります。根本原因分析は、システム全体を調べ、システムの故障の原因を突き止めることと定義され、建物の崩壊などの大規模な対象物に対して行われます。^[2]故障分析は、システム内の動作に失敗した 1 つの部分の分析と定義され、事故を引き起こした自動車の故障がその例です。^[2]これら 2 種類の分析は、法医学工学の調査員が調査を開始するときに行われる初期評価です。^[2]

安全工学の一般的な文脈では、故障モード影響解析(FMEA) とフォールト ツリー解析法も、構造化され体系的な方法で製品またはプロセスの故障を検査します。ただし、このような手法はすべて、故障率の正確な報告と、関連する故障モードの正確な識別に依存しています。

法医学と法医学工学には、犯罪現場や事故現場の分析、証拠の完全性、出廷など、共通点がいくつかあります。どちらの分野も、たとえば光学顕微鏡や走査型電子顕微鏡を多用しています。また、重要な証拠を調査するために分光法（赤外線、紫外線、核磁気共鳴）を使用するのも共通しています。X線（ X 線コンピューター断層撮影など）や中性子を使用した放射線撮影も、破壊検査を試みる前に厚い製品の内部欠陥を検査するのに非常に役立ちます。ただし、多くの場合、単純な虫眼鏡で特定の問題の原因が明らかになることがあります。

事故の一連の出来事を再現する上で、痕跡証拠が重要な要素となる場合があります。たとえば、路面に残ったタイヤの焦げ跡から、車両の速度やブレーキの踏み方などを推定できます。はしごの足元には、滑ったときにはしごが動いた痕跡が残っていることが多く、事故の発生状況を示すことがあります。製品が明らかな理由もなく故障した場合、顕微鏡でSEMやエネルギー分散型 X 線分光法(EDX) を行うと、破損部や隣接面に痕跡を残した強力な化学物質の存在が明らかになることがあります。たとえば、アセタール樹脂製の水道管ジョイントが突然故障し、そのジョイントが設置されていた建物に多大な損害を与えました。ジョイントを分析すると塩素の痕跡が見つかり、応力腐食割れによる故障モードであることが示されました。前述の故障した燃料パイプ接合部では、亀裂の原因となった硫酸が原因で、破損面に硫黄の痕跡が見られました。

デジタル写真から物理的証拠を抽出することは、法医学的事故再現で使われる主要な技術です。カメラマッチング、写真測量、写真補正技術は、事故現場で通常撮影される2次元の写真から3次元およびトップダウンビューを作成するために使用されます。事故再現のための見落とされた証拠や文書化されていない証拠は、そのような証拠の写真が利用可能である限り、検索して定量化することができます。車両を含む事故現場の写真を使用することで、「失われた」証拠を回復し、正確に判断することができます。^[5]

法医学材料工学には、金属、ガラス、セラミック、複合材料、ポリマーなどの特定の材料に適用される方法が含まれます。

全米法医学技術者アカデミー (NAFE) は、1982 年に Marvin M. Specter, PE, LS、Paul E. Pritzker, PE、William A. Cox Jr., PE によって設立されました。法医学技術者としての資格と専門知識を持つ専門技術者を特定して結集し、継続教育を促進し、職業倫理と実践の卓越性を高めることを目的としています。NAFE は、実践を改善し、基準を高め、法医学工学の理念を前進させることを目指しています。アカデミーの正会員資格は、全米専門技術者協会 (NSPE) の会員でもある登録専門技術者に限られます。また、認定された主要な技術工学協会の適切なレベルの会員でなければなりません。NAFE は、会員レベルの資格をまだ満たしていない人に対して、準会員レベルの会員資格も提供しています。^[6] 正会員は、工学および科学専門委員会評議会^[7]によって認定され、「法医学工学専門官」または「DFE」の称号を得ます。これは通常、プロフェッショナル エンジニアとして認定された後に使用されます。

左に示す破損した燃料パイプが原因で、バンから道路に軽油が溢れ出し、重大な事故が発生しました。後続の車がスリップし、ドライバーが対向車と衝突して重傷を負いました。走査型電子顕微鏡（SEM）で調べたところ、バッテリー液の微量漏れによる応力腐食割れ（SCC）によりナイロンコネクタが破損していたことがわかりました。ナイロンは硫酸と接触すると加水分解を受けやすく、少量の酸漏れでも射出成形されたナイロン6,6コネクタにSCCによる脆性亀裂が生じる可能性があります。亀裂がチューブの直径全体に広がるまで約7日かかりました。破断面は主に脆い表面で、縞模様がパイプの直径全体に亀裂が徐々に広がっていることを示しています。亀裂が内径を貫通すると、燃料が道路に漏れ始めました。

ナイロン 6,6 は、酸によって触媒された次の反応によって攻撃されました。

ディーゼル燃料は、運転手には見えにくい薄い油膜を形成するため、路面では特に危険です。滑りやすいという点ではブラックアイスによく似ているため、ディーゼル燃料が漏れるとスリップがよく起こります。バンの運転手の保険会社は責任を認め、負傷した運転手は補償を受けました。

ほとんどの製造モデルには、品質や効率を改善するために早期の故障を監視する法医学的コンポーネントがあります。保険会社は、法医学エンジニアを使用して責任または非責任を証明します。ほとんどの工学的災害（橋や建物の崩壊などの構造上の故障）は、法医学的調査方法を経験したエンジニアによる法医学的調査の対象となります。鉄道事故、航空事故、および一部の自動車事故は、特にコンポーネントの故障が疑われる場合に法医学エンジニアによって調査されます。さらに、家電製品、消費者製品、医療機器、構造物、産業機械、さらにはハンマーやノミなどの単純な手工具でも、負傷や物的損害を引き起こした事故の調査が必要になる場合があります。医療機器の故障はユーザーにとって安全上重要であることが多いため、故障の報告と分析は特に重要です。人体の環境は複雑であり、インプラントはこの環境に耐えるだけでなく、潜在的に有毒な不純物を浸出させてはいけません。たとえば、 乳房インプラント、心臓弁、カテーテルで問題が報告されています。

新製品の初期段階で発生する故障は、メーカーが製品を改良する上で重要な情報です。新製品開発では、発売前に工場でテストして欠陥を排除することを目指していますが、初期段階で欠陥が発生することもあります。外部環境での動作をシミュレートする製品のテストは難しいスキルであり、たとえば加速寿命テストが必要になる場合があります。発売後に発生する最悪の欠陥は、安全性にかかわる欠陥、つまり生命や身体を危険にさらす可能性のある欠陥です。このような欠陥が発見されると、通常、製品リコールや市場からの製品の完全撤退につながります。製品の欠陥は、多くの場合、バスタブ曲線をたどります。つまり、初期故障率が高く、通常寿命中は低い割合で発生し、その後、摩耗により再び増加します。ASTMや英国規格協会などの国家規格や国際規格は、設計者が製品の完全性を高めるのに役立ちます。

事故や災害の調査に法医学的手法が用いられた例は数多くあるが、近代における最も古い例の 1 つは、英国チェスターのディー橋の崩落である。この橋は鋳鉄製の桁を使用して建設されており、各桁は 3 つの非常に大きな鋳物を蟻継ぎで接合して作られていた。各桁は全長にわたって錬鉄製の棒で強化されていた。橋は 1846 年 9 月に完成し、初代鉄道監察官のチャールズ・パスリー将軍の承認を得て地方交通向けに開通した。しかし、1847 年 5 月 24 日、ルアボン行きの地方列車が橋から転落した。この事故で 5 名が死亡し (乗客 3 名、車掌、機関車の機関助手)、9 名が重傷を負った。この橋はロバート・スティーブンソンが設計したものであり、地元の検死審問でスティーブンソンは過失で告発された。

鋳鉄は圧縮には強いが、引張や曲げには脆いことで知られている。事故当日、橋の床板は軌道を支えるオーク材の梁が燃えるのを防ぐため、バラストで覆われていた。オーク材の梁が燃えると、橋を支える桁に余分な負荷がかかり、事故が悪化する恐れがあった。スティーブンソンがこの予防措置を講じたのは、ロンドンのアクスブリッジにあるグレート・ウェスタン鉄道で最近起きた火災のためである。この火災では、イザムバード・キングダム・ブルネルの橋が火災を起こして崩壊した。

新しく設立された鉄道監察局が行った最初の主要な調査の 1 つは、王立工兵隊のシモンズ大尉によって行われ、彼の報告書は、桁の繰り返したわみにより桁が大幅に弱くなったことを示唆していた。彼は主桁の破損部分を検査し、桁が 2 か所で破損しており、最初の破損は中央で発生していることを確認した。彼は残りの桁を機関車で通過させてテストし、移動する荷重によって桁が数インチたわんでいることを発見した。彼は、設計に欠陥があり、桁に固定された錬鉄製のトラスは桁をまったく補強していないと結論付けた。これは、検死審問の陪審員も達した結論であった。スティーブンソンの設計では、最終的な構造を強化するために錬鉄製のトラスに依存していたが、錬鉄製のトラスは鋳鉄製の桁自体に固定されていたため、橋に荷重がかかると変形した。他の人々（特にスティーブンソン）は、列車が脱線して桁に衝突し、衝撃で桁が破損したと主張した。しかし、目撃者は桁が先に破損したと主張し、機関車が線路上に残っていた という事実はそうではないことを示している。

製品の欠陥は、企業が問題を公表したくないという理由もあって、学術文献や業界文献に広く公表されることはありません。しかし、それによって他社がさらなる事故を防ぐために製品設計を改善する機会が奪われることになります。^{[引用が必要]}

欧州構造健全性協会と提携して発行されている学術誌「エンジニアリング故障分析」^{[8] [一次資料以外が必要]}には、さまざまな状況下で故障したさまざまな製品のケーススタディが掲載されています。

建物、橋梁、その他の構造物の破損を扱った出版物としては、アメリカ土木学会の法医学工学技術委員会の傘下で発行されている「建設施設性能ジャーナル」^{[9] [非一次資料が必要]がある。 [10] [非一次資料が必要]}

全米法医学技術者アカデミージャーナルは、法医学工学分野の多分野にわたる研究を提供する査読付きオープンアクセスジャーナルです。投稿はNAFE会員に公開されており、ジャーナルの査読プロセスには、シングルブラインド技術査読の前に、ライブフィードバックのための対面プレゼンテーションが含まれています。^{[11] [非一次ソースが必要]}

• 法医学材料工学：ケーススタディ、ピーター・リース・ルイス、コリン・ギャッグ、ケン・レイノルズ著、CRC プレス (2004 年)。
• Randall K. Noon著『法医学工学調査』、CRC Press (2000)。
• 『法医学工学入門（法医学図書館）』 Randall K. Noon 著、CRC Press (1992)。
• 国立法医学技術者アカデミー
• 法医学工学入門。OpenLearn。オープン大学
• 起源と原因による法医学工学
• プロセス安全事故の調査ガイドライン、CCPS、AIChE、Wiley（第 3 版）

ジャーナル

• エンジニアリング故障解析
• 全米法医学技術者アカデミージャーナル
• 法医学工学。土木技術者協会