211service.com
Dit ontwerp van een voetbalhelm belooft de hersenen te beschermen, niet alleen de schedel
Helmontwerpers hebben tot nu toe geen verklaring gegeven voor een belangrijke oorzaak van hersenletsel: de kinetische energie die na een botsing door het hoofd gaat en de hersenen in de schedel doet klotsen. Dat is volgens Ellen Arruda , een professor werktuigbouwkunde aan de Universiteit van Michigan, die een poging leidt om dat te veranderen. Zij en haar collega's hebben een prototype onthuld van een nieuwe helmtechnologie die in staat is om een aanzienlijk deel van die kinetische energie, ook wel de impuls genoemd, af te voeren voordat deze de hersenen bereikt.
Voetbalhelmen zijn in de loop der jaren geëvolueerd en sommige veranderingen weerspiegelen pogingen om het risico op hersenletsel te verminderen. Maar hoewel ze goed zijn in het absorberen van de kracht van een impact en daardoor schedelbreuken voorkomen, is geen enkele helm op de markt in staat om een aanzienlijk deel van de impuls te absorberen, zegt Arruda. Militaire helmen hebben hetzelfde probleem.
Een conventionele voetbalhelm.
In laboratoriumtests met een model van de schedel en de hersenen, verminderde het prototype van de groep van Arruda zowel de kracht van de impact als de resulterende impuls met een orde van grootte in vergelijking met het conventionele helmontwerp.
De fundamentele uitdaging bij het ontwerpen van een helm die zowel de hersenen als de schedel beschermt, is een mechanische uitdaging, zegt Arruda, en daarvoor moeten de juiste materialen worden gevonden. De schedel is een elastisch materiaal, wat betekent dat het niet veel van de impuls kan absorberen, zegt ze. De hersenen krijgen er de dupe van, en aangezien ze in hersenvocht drijven en niet verbonden zijn met de schedel, klotsen ze en veroorzaken ze verwondingen (zie Nieuwe kraagbeloften om te voorkomen dat de hersenen van sporters rondscharrelen).
Een helm die breekt of vervormt na een impact kan hiertegen beschermen. Maar hoewel dat misschien een goede manier is om soldaten of motorrijders te beschermen, moet een praktische voetbalhelm in staat zijn herhaalde slagen te doorstaan en wedstrijd na wedstrijd te worden gedragen. Onze aanpak is bedoeld om steeds opnieuw te gebruiken, zegt Arruda. De sleutel tot het nieuwe ontwerp is een materiaal met zogenaamde visco-elastische eigenschappen, wat betekent dat wanneer het wordt vervormd, het eigenschappen vertoont die vergelijkbaar zijn met zowel viskeuze materialen, zoals honing, als elastische materialen, zoals rubber. Visco-elastische materialen worden vaak gebruikt in schokdempers.
Het nieuwe prototype is gemaakt van drie goedkope polymeren, waaronder een visco-elastische. Het trio werkt samen om de drukgolf op te vangen die na een impact door het hoofd gaat. Arruda en haar collega's ontwikkelden een schema dat vertrouwt op de eigenschappen van de eerste twee lagen om de golf zo af te stemmen dat wanneer deze de visco-elastische laag raakt, de frequentie binnen het bereik ligt dat materiaal kan absorberen. Hetzelfde principe, dat de onderzoekers beschrijven in een recent peer-reviewed publicatie , zou ook kunnen worden gebruikt om betere helmen voor soldaten te maken.
De groep won onlangs een prijs van $ 250.000 omdat ze een van de vijf finalisten was in een wedstrijd gesponsord door de National Football League, General Electric, Under Armour en het National Institute of Standards and Technology (NIST). De wedstrijd was gericht op innovatieve materialen voor helmen. De onderzoekers hebben nu nog een jaar de tijd om hun ontwerp te finetunen en vervolgens in te dienen bij NIST, dat verder gaat testen en de winnaar zal bepalen.