211service.com
Denna fotbollshjälmdesign lovar att skydda hjärnan, inte bara skallen
Hjälmdesigners har hittills misslyckats med att förklara en nyckelorsak till hjärnskada - den kinetiska energin som färdas genom huvudet efter en kollision och får hjärnan att skvalpa inuti skallen. Det är enligt Ellen Arruda , en maskinteknikprofessor vid University of Michigan, som leder ett försök att ändra på det. Hon och hennes kollegor har avslöjat en prototyp av en ny hjälmteknologi som kan skingra en betydande del av den kinetiska energin, även känd som impulsen, innan den når hjärnan.
Fotbollshjälmar har utvecklats under åren, och några av förändringarna återspeglar försök att minska risken för hjärnskador. Men samtidigt som de är bra på att absorbera kraften från en stöt och därigenom förhindra skallfrakturer, är ingen hjälm på marknaden kapabel att absorbera en betydande del av impulsen, säger Arruda. Militära hjälmar har samma problem.
En vanlig fotbollshjälm.
I laboratorietester med en modell av skallen och hjärnan reducerade prototypen från Arrudas grupp både kraften från stötar och den resulterande impulsen med en storleksordning jämfört med den konventionella hjälmdesignen.
Den grundläggande utmaningen med att designa en hjälm som skyddar såväl hjärnan som skallen är en mekanik, säger Arruda, och det kräver att man hittar rätt material för att göra jobbet. Skallen är ett elastiskt material, vilket betyder att den inte kan absorbera mycket av impulsen, om någon, säger hon. Det slutar med att hjärnan tar det mesta av det, och eftersom den flyter i cerebrospinalvätska och inte är ansluten till skallen, slassar den och orsakar skada (se Nya krage lovar att hålla idrottarnas hjärnor från att slösa runt).
En hjälm som går sönder eller deformeras efter en stöt kan skydda mot detta. Men även om det kan vara ett bra sätt att skydda soldater eller cyklister, måste en praktisk fotbollshjälm kunna överleva upprepade träffar och bäras match efter match. Vårt tillvägagångssätt är tänkt att användas om och om igen, säger Arruda. Nyckeln till den nya designen är ett material med så kallade viskoelastiska egenskaper, vilket innebär att när det deformeras uppvisar det egenskaper som liknar både viskösa material, som honung, och elastiska, som gummi. Viskoelastiska material används vanligtvis i stötdämpare.
Den nya prototypen är gjord av tre billiga polymerer, inklusive en viskoelastisk. Trion arbetar tillsammans för att absorbera tryckvågen som färdas genom huvudet efter en kollision. Arruda och hennes kollegor utvecklade ett schema som förlitar sig på egenskaperna hos de två första lagren för att ställa in vågen så att när den träffar det viskoelastiska lagret är dess frekvens inom det område som materialet kan absorbera. Samma princip, som forskarna beskriver i en nyligen referentgranskad offentliggörande , skulle kunna användas för att göra bättre hjälmar för soldater också.
Gruppen vann nyligen ett pris på $250 000 för att vara en av fem finalister i en tävling sponsrad av National Football League, General Electric, Under Armour och National Institute of Standards and Technology (NIST). Tävlingen var fokuserad på innovativa material för hjälmar. Forskarna har nu ytterligare ett år på sig att finjustera sin design och sedan skicka in den till NIST, som kommer att göra ytterligare tester och utse vinnaren.