Wetenschappers van de University of California Santa Barbara, HRL Laboratoria LLC, en het onderzoekslaboratorium van het Amerikaanse leger hebben elastische microroosterpads ontwikkeld die zowel een enkele treffer als een reeks schokken beter kunnen weerstaan ​​dan de bestaande ultramoderne schuimen die in voetbalhelmen worden gebruikt. Hun onderzoek, publicatie 27 november in het tijdschrift Materie , suggereert dat het materiaal de weg kan effenen voor helmen die voetballers en andere atleten beter beschermen tegen hersenletsel veroorzaakt door herhaalde hoofdstoten.

Helmen die worden gebruikt in zowel gevechten als American football vereisen schokabsorberende materialen die beschermen tegen voortdurende schokken, maar het blijft moeilijk om materialen te ontwerpen die in de loop van de tijd effectief blijven zonder concessies te doen aan het volume, massa, of kosten. Hoewel helmschuim de afgelopen decennia is geëvolueerd, verbeteringen waren relatief marginaal.

"Onze technologie kan een revolutie teweegbrengen in het voetbal, slag, fiets, en motorhelmen, waardoor ze de drager beter beschermen en veel gemakkelijker op je hoofd te dragen zijn door de verhoogde luchtstroom, " zegt Eric Clough, een onderzoeker bij HRL Laboratories, een doctoraalstudent materiaalwetenschappen aan de Universiteit van Californië, Santa Barbara, en de hoofdwetenschapper van het onderzoek.

Het op fotopolymeer gebaseerde microroostermateriaal lijkt op het beroemde smeedijzeren ontwerp van de Eiffeltoren:het is stevig maar laat lucht door, een eigenschap die de hoofden van atleten koeler zou houden dan bestaande helmen. Deze structuur maakt het materiaal ook zeer verstelbaar, zodat ingenieurs het gemakkelijk kunnen aanpassen om verschillende niveaus en soorten schokken te absorberen door de componenten aan te passen.

Om te testen hoe goed drie verschillende variaties van het microroostermateriaal schokken absorberen in vergelijking met traditionele schuimen, de onderzoekers gebruikten eerst een dubbel aambeeld om schokken te simuleren die vergelijkbaar zijn met die van een kussen in een helm, waardoor ze de respons van het materiaal alleen kunnen meten zonder rekening te houden met de vorm van de helm en andere eigenschappen. Volgende, ze pasten het materiaal aan tot helmpads en testten ze volgens de testspecificaties van de Amerikaanse leger Advanced Combat Helmet, observeren hun vermogen om meerdere opeenvolgende slagen te weerstaan.

Het best presterende microroostermateriaal van het team absorbeerde tot 27% meer energie van een enkele impact dan het huidige meest effectieve geëxpandeerde polystyreenschuim en absorbeerde energie tot 48% meer energie-efficiënt in vergelijking met het bovenste vinylnitrilschuim tijdens herhaalde impacts. Het materiaal presteerde ook beter dan concurrerende microroosterontwerpen, absorbeert bijna 14% meer energie van een enkele treffer en blijft intact om de volgende impactronde op te vangen in plaats van onomkeerbaar te knikken na één treffer.

"Een merkbaar percentage verbetering in impactabsorptie was iets waar we op hoopten, maar de werkelijke cijfers waren beter dan we hadden verwacht, ", zegt Clough. "Onze tests tonen aan dat de pads beter werken dan wat dan ook op de huidige markt."

Het sporttechnologiebedrijf VICIS heeft de microlattice-padtechnologie in licentie gegeven via HRL, en de onderzoekers zijn vervolgens van plan om het gebruik van het materiaal in militaire hoofdbescherming te onderzoeken. Echter, Clough waarschuwt dat het materiaal geen "magische kogel" is die de gebruiker kan beschermen tegen alle hoofdletsel.

"Dragers van helmen met onze vulling kunnen profiteren van de voordelen, maar mogen er nooit vanuit gaan dat ze volledig zijn beschermd tegen verwondingen of de grenzen van het product proberen te testen door zichzelf mogelijk onnodig in gevaar te brengen, "zegt hij. "Zelfs een goede helm kan je niet altijd tegen elke blessure beschermen."