211service.com
Dette fodboldhjelmdesign lover at beskytte hjernen, ikke kun kraniet
Hjelmdesignere har hidtil undladt at redegøre for en vigtig årsag til hjerneskade - den kinetiske energi, der bevæger sig gennem hovedet efter et sammenstød og får hjernen til at skvulpe inde i kraniet. Det er iflg Ellen Arruda , en mekanisk ingeniørprofessor ved University of Michigan, som leder et forsøg på at ændre det. Hun og hendes kolleger har afsløret en prototype af en ny hjelmteknologi, der er i stand til at sprede en betydelig del af den kinetiske energi, også kendt som impulsen, før den når hjernen.
Fodboldhjelme har udviklet sig gennem årene, og nogle af ændringerne afspejler forsøg på at mindske risikoen for hjerneskade. Men selvom de er gode til at absorbere kraften fra et stød og derved forhindre kraniebrud, er ingen hjelm på markedet i stand til at absorbere en væsentlig del af impulsen, siger Arruda. Militære hjelme står over for det samme problem.
En konventionel fodboldhjelm.
I laboratorieforsøg med en model af kraniet og hjernen reducerede prototypen fra Arrudas gruppe både kraften fra stød og den resulterende impuls med en størrelsesorden sammenlignet med det konventionelle hjelmdesign.
Den grundlæggende udfordring ved at designe en hjelm, der beskytter hjernen såvel som kraniet, er en af mekanikken, siger Arruda, og det kræver, at man finder de rigtige materialer til at udføre arbejdet. Kraniet er et elastisk materiale, hvilket betyder, at det ikke kan absorbere meget af impulsen, hvis nogen, siger hun. Hjernen ender med at tage hovedet af det, og da det flyder i cerebrospinalvæske og ikke er forbundet med kraniet, skvulper det og forårsager skade (se New Collar Promises to Keep Athletes' Brains from Sloshing Around).
En hjelm, der brækker eller deformeres efter et stød, kan beskytte mod dette. Men selvom det kan være en god måde at beskytte soldater eller motorcyklister på, skal en praktisk fodboldhjelm kunne overleve gentagne slag og bæres kamp efter kamp. Vores tilgang er beregnet til at blive brugt igen og igen, siger Arruda. Nøglen til det nye design er et materiale med såkaldte viskoelastiske egenskaber, hvilket betyder, at når det deformeres, udviser det egenskaber, der ligner både tyktflydende materialer, som honning, og elastiske, som gummi. Viskoelastiske materialer er almindeligt anvendt i støddæmpere.
Den nye prototype er lavet af tre billige polymerer, inklusive en viskoelastisk. Trioen arbejder sammen for at absorbere den trykbølge, der bevæger sig gennem hovedet efter et sammenstød. Arruda og hendes kolleger udviklede et skema, der er afhængigt af egenskaberne af de to første lag for at tune bølgen, så når den rammer det viskoelastiske lag, er dens frekvens inden for det område, som materialet kan absorbere. Det samme princip, som forskerne beskriver i en nylig peer-review offentliggørelse , kunne bruges til også at lave bedre hjelme til soldater.
Gruppen vandt for nylig en pris på $250.000 for at være en af fem finalister i en konkurrence sponsoreret af National Football League, General Electric, Under Armour og National Institute of Standards and Technology (NIST). Konkurrencen var fokuseret på innovative materialer til hjelme. Forskerne har nu endnu et år til at finjustere deres design og derefter indsende det til NIST, som vil foretage yderligere test og afgøre vinderen.