211service.com
Ten projekt kasku piłkarskiego obiecuje chronić mózg, a nie tylko czaszkę
Projektanci hełmów do tej pory nie uwzględnili kluczowej przyczyny urazu mózgu — energii kinetycznej, która przemieszcza się przez głowę po uderzeniu i sprawia, że mózg chlupocze wewnątrz czaszki. To zgodnie z Ellen Arruda , profesor inżynierii mechanicznej na Uniwersytecie Michigan, który stara się to zmienić. Wraz z kolegami zaprezentowała prototyp nowej technologii hełmu zdolnej do rozproszenia znacznej części tej energii kinetycznej, znanej również jako impuls, zanim dotrze ona do mózgu.
Kaski piłkarskie ewoluowały na przestrzeni lat, a niektóre zmiany odzwierciedlają próby zmniejszenia ryzyka urazu mózgu. Ale chociaż dobrze pochłaniają siłę uderzenia, a tym samym zapobiegają pęknięciom czaszki, żaden hełm na rynku nie jest w stanie wchłonąć znacznej ilości impulsu, mówi Arruda. Hełmy wojskowe borykają się z tym samym problemem.
Tradycyjny kask piłkarski.
W testach laboratoryjnych z wykorzystaniem modelu czaszki i mózgu prototyp z grupy Arrudy zredukował zarówno siłę uderzenia, jak i wynikający z niego impuls o rząd wielkości w porównaniu z konwencjonalną konstrukcją hełmu.
Arruda mówi, że podstawowym wyzwaniem przy projektowaniu kasku chroniącego mózg i czaszkę jest mechanika, a to wymaga znalezienia odpowiednich materiałów do wykonania tej pracy. Czaszka jest elastycznym materiałem, co oznacza, że nie może wchłonąć dużej części impulsu, jeśli w ogóle, mówi. Mózg w końcu przyjmuje na siebie ciężar, a ponieważ unosi się w płynie mózgowo-rdzeniowym i nie jest połączony z czaszką, chlupocze, powodując obrażenia (patrz Nowe obietnice kołnierzyka, które uchronią mózgi sportowców przed chlupotaniem).
Kask, który pęka lub odkształca się po uderzeniu, może przed tym chronić. Ale chociaż może to być dobry sposób na ochronę żołnierzy lub motocyklistów, praktyczny kask futbolowy musi wytrzymać powtarzające się uderzenia i nosić go po meczu. Nasze podejście ma być stosowane wielokrotnie, mówi Arruda. Kluczem do nowego projektu jest materiał o tak zwanych właściwościach lepkosprężystych, co oznacza, że po odkształceniu wykazuje właściwości podobne do materiałów lepkich, jak miód, jak i elastycznych, jak guma. Materiały lepkosprężyste są powszechnie stosowane w amortyzatorach.
Nowy prototyp składa się z trzech niedrogich polimerów, w tym jednego wiskoelastycznego. Trio działa wspólnie, pochłaniając falę ciśnienia, która przechodzi przez głowę po uderzeniu. Arruda i jej koledzy opracowali schemat, który opiera się na właściwościach pierwszych dwóch warstw, aby dostroić falę tak, że kiedy uderza ona w warstwę lepkosprężystą, jej częstotliwość mieści się w zakresie, w jakim materiał jest w stanie pochłonąć. Ta sama zasada, którą badacze opisują w niedawnej recenzji naukowej opublikowanie , mógł być również używany do tworzenia lepszych hełmów dla żołnierzy.
Grupa niedawno zdobyła nagrodę w wysokości 250 000 USD za bycie jednym z pięciu finalistów w Konkurs sponsorowane przez National Football League, General Electric, Under Armour oraz National Institute of Standards and Technology (NIST). Konkurs koncentrował się na innowacyjnych materiałach na kaski. Naukowcy mają teraz kolejny rok na dopracowanie projektu, a następnie przesłanie go do NIST, który przeprowadzi dalsze testy i wyłoni zwycięzcę.