过去，人们戴头盔是为了防止头部受到可能割伤或骨折的头部撞击。然而，医生发现头骨和其中的大脑因隐藏的、通常不太明显的创伤（如脑震荡或硬膜下血肿）而遭受衰弱性损伤。因此，工程师们正在与头盔制造商合作，使用超越坚硬外壳和柔软衬垫的技术来保护大脑。

目前，头盔的冲击吸收层可以在较长时间内将碰撞分散到更大的区域。能够更好地吸收和耗散碰撞动能的材料可以通过在碰撞到达大脑之前减慢或阻止碰撞来减轻甚至预防伤害。这就是威斯康星大学麦迪逊分校科学家 Ramathasan Thevamaran 领导的一项倡议的用武之地。

这位机械工程助理教授发明了一种材料，其比能量吸收率比目前美国军用作战头盔内衬中使用的泡沫高 18 倍。他解释说：“这种新材料在能量吸收方面具有巨大的潜力，因此可以减轻影响，从而显着降低脑损伤的可能性。”

Thevamaran 转向碳纳米管，因为它是一项经过验证的技术，以其强度、重量轻以及在极端环境（极高热或极低温度）下运行的能力而闻名。“因为它是一种纤维，通过合成，你可以控制很多东西——例如它的密度和硬度，”他解释道。

为了创造这种新材料——一种垂直排列的碳纳米管泡沫——Thevamaran和他的团队通过设计一种由许多微米级圆柱体结构组成的结构来增强其机械性能，每个圆柱体结构都由许多碳纳米管制成。最近在线发表在《极限力学快报》杂志上的一篇论文详细解释了他的过程 。

为了找到新型泡沫的最终最佳设计参数，例如圆柱体的厚度、内径和相邻圆柱体之间的间隙，研究人员研究了 60 种不同的组合，并对每个样品进行了 3 次测试，即 180 次实验。他们系统地改变每个参数并研究所有可能的组合。他们最终发现，厚度为10微米或更小的圆柱体彼此靠近排列，可以产生具有最佳减震性能的泡沫。

头部和头盔之间

但坚固的外壳和耐用的减震泡沫并不总能解决事故期间头部如何旋转的问题。在半个地球之外，为瑞典 Mips AB (PUBL) 公司工作的生物力学专家 Madelen Fahlstedt 专注于倾斜撞击过程中发生的旋转运动。Mips 是一个与头盔制造商合作的成分品牌。

“当你从自行车上或滑雪坡上摔下来时，你可能不会直接摔倒。它可能会以一定角度，倾斜撞击，”她解释道。撞击瞬间，切向力可使头部旋转并改变方向。由于大脑主要由水组成，因此它对剪切变形很敏感。剪切力是指将大脑推向两个不同方向的不对齐的力。

研究表明，脑震荡的原因很可能是对头部的影响，包括旋转运动。此外，头部的旋转运动也可能导致硬膜下血肿（大脑和颅骨之间的出血），导致为大脑提供血液的桥静脉过度伸展。这意味着大脑对旋转力非常敏感。

Fahlstedt 解释说：“你想尝试重新定向或分散头部的运动，可能需要一个旨在帮助减轻旋转的系统，以便更好地引导旋转能量。” 

Mips 系统由坚固的聚碳酸酯制成，涂有专有层，可减少摩擦。它 在头盔内部工作，在某些角度冲击时允许 10 至 15 毫米的多向移动。它的设计目的是重新引导旋转能量，旨在帮助减轻在有角度的撞击过程中旋转作用在头部上的影响。滑动发生在撞击事件的前 5 到 10 毫秒内。

下一步

Thevamaran 和他的研究团队正在通过威斯康星州校友研究基金会为他们的创新申请专利，大学与企业的合作是威斯康星大学麦迪逊分校领导的 PANTHER 计划的一部分，该计划是一项跨学科研究计划，旨在开发解决方案，以更好地检测和预防创伤脑损伤。研究人员目前正在与头盔制造商 Team Wendy 合作。该制造商正在试验由新材料制成的头盔衬垫原型，以测量其在现实场景中的性能。

Fahlstedt 的团队继续进行 Mips 的研究和测试，希望使 Mips 的技术许可成为对头盔制造商有吸引力的解决方案。例如，工业建筑头盔并不被认为是受益于旨在帮助减轻旋转运动的系统的明显应用，但 Mips 的研究发现并非如此。

免责声明：文章转载自网络，若有侵权，请联系我们删除，谢谢！~