Materiale til sikrere fodboldhjelme kan reducere hovedskader

Forskere ved University of California Santa Barbara, HRL Laboratories LLC, og U.S. Army Research Laboratory har udviklet elastiske mikrogitterpuder, der kan modstå både enkeltslag og en række stød bedre end eksisterende topmoderne skum, der bruges i fodboldhjelme. Deres forskning, offentliggør 27. november i tidsskriftet Stof , tyder på, at materialet kan bane vejen for hjelme, der bedre beskytter fodboldspillere og andre atleter mod hjerneskader forårsaget af gentagne hovedslag.

Hjelme, der bruges i både kamp og amerikansk fodbold, kræver stødabsorberende materialer, der beskytter mod igangværende påvirkninger, men det er stadig svært at designe materialer, der forbliver effektive over tid uden at gå på kompromis med volumen, masse, eller omkostninger. Selvom hjelmskum har udviklet sig i de sidste årtier, forbedringerne har været relativt marginale.

"Vores teknologi kan revolutionere fodbold, batting, cykel, og motorcykelhjelme, gør dem bedre til at beskytte bæreren og meget lettere at have på hovedet på grund af den øgede luftstrøm, " siger Eric Clough, en forsker ved HRL Laboratories, en materialevidenskabelig doktorand ved University of California, Santa Barbara, og den ledende videnskabsmand på undersøgelsen.

Det fotopolymerbaserede mikrogittermateriale har en lighed med Eiffeltårnets berømte smedejernsdesign:det er robust, men tillader luft at passere igennem, en egenskab, der ville holde atleternes hoveder køligere end eksisterende hjelme. Denne struktur gør også materialet meget justerbart, så ingeniører nemt kan skræddersy den til at absorbere forskellige niveauer og typer stød ved at justere dens komponenter.

For at teste, hvor godt tre forskellige variationer af mikrolagermaterialet absorberer slag i forhold til traditionelle skum, forskerne brugte først en dobbelt amboltarmatur til at simulere påvirkninger, der ligner dem, der ville ramme en pude i en hjelm, giver dem mulighed for at måle materialets respons alene uden at tage højde for hjelmens form og andre egenskaber. Næste, de tilpassede materialet til hjelmpuder og testede dem i henhold til U.S. Army Advanced Combat Helmet testspecifikationer, observere deres evne til at modstå flere på hinanden følgende slag.

Holdets bedst ydende mikrogittermateriale absorberede op til 27 % mere energi fra et enkelt stød end det nuværende mest effektive ekspanderede polystyrenskum og absorberede energi op til 48 % mere energieffektivt sammenlignet med det øverste vinylnitrilskum under gentagne stød. Materialet udkonkurrerede også konkurrerende mikrogitterdesigns, absorberer næsten 14 % mere energi fra et enkelt slag og forbliver intakt for at absorbere den næste runde af stød i stedet for irreversibelt at bukke efter ét slag.

"En mærkbar procentdel af forbedringen i stødabsorbering var noget, vi håbede på, men de faktiske tal var bedre end vi havde forventet, " siger Clough. "Vores test viser, at puderne fungerer bedre end noget andet på det nuværende marked."

Sportsteknologivirksomheden VICIS har licenseret mikrogitterpudeteknologien gennem HRL, og forskerne planlægger derefter at forske i materialets brug i militær hovedbeskyttelse. Imidlertid, Clough advarer om, at materialet ikke er en "magisk kugle", der er i stand til at beskytte brugeren mod alle hovedskader.

"Bærere af hjelme med vores polstring kan nyde fordelene, men bør aldrig gå ud fra, at de er fuldstændig beskyttet mod skader eller prøve at teste produktets grænser ved muligvis at bringe sig selv i fare, " siger han. "Selv en god hjelm kan ikke altid beskytte dig mod enhver skade hele tiden."