Forskare vid University of California Santa Barbara, HRL Laboratories LLC, och U.S. Army Research Laboratory har utvecklat elastiska mikrolåsdynor som tål både enskilda träffar och en rad stötar bättre än befintliga toppmoderna skum som används i fotbollshjälmar. Deras forskning, publicerar den 27 november i tidningen Materia , föreslår att materialet kan bana väg för hjälmar som bättre skyddar fotbollsspelare och andra idrottare från hjärnskador orsakade av upprepade huvudslag.

Hjälmar som används i både strid och amerikansk fotboll kräver stötabsorberande material som skyddar mot pågående stötar, men det är fortfarande svårt att designa material som förblir effektiva över tiden utan att kompromissa med volymen, massa, eller kostnad. Även om hjälmskum har utvecklats under de senaste decennierna, förbättringar har varit relativt marginella.

"Vår teknik kan revolutionera fotbollen, batting, cykel, och motorcykelhjälmar, gör dem bättre på att skydda bäraren och mycket lättare att ha på huvudet på grund av det ökade luftflödet, säger Eric Clough, en forskare vid HRL Laboratories, en materialvetenskaplig doktorand vid University of California, Santa Barbara, och den ledande forskaren på studien.

Det fotopolymerbaserade microlattice-materialet liknar Eiffeltorns berömda smidesjärndesign:det är robust men gör att luft kan passera genom, en egendom som skulle hålla idrottarnas huvuden svalare än befintliga hjälmar. Denna struktur gör också materialet mycket justerbart, så att ingenjörer enkelt kan skräddarsy den för att absorbera olika nivåer och typer av stötar genom att justera dess komponenter.

För att testa hur väl tre olika varianter av mikrolagermaterialet absorberar stötar jämfört med traditionella skum, forskarna använde först en dubbel städarmatur för att simulera stötar som liknar dem som skulle träffa en kudde i en hjälm, tillåter dem att mäta materialets respons ensam utan att ta hänsyn till hjälmens form och andra egenskaper. Nästa, de anpassade materialet till hjälmdynor och testade dem enligt U.S. Army Advanced Combat Helmet testspecifikationer, observera deras förmåga att motstå flera slag i rad.

Lagets bäst presterande mikrolagermaterial absorberade upp till 27% mer energi från en enda stöt än det nuvarande mest effektiva expanderade polystyrenskummet och absorberade energi upp till 48% mer energi effektivt jämfört med det övre vinylnitrilskummet vid upprepade stötar. Materialet överträffade också konkurrerande mikrolattdesigner, absorberar nästan 14% mer energi från en enda träff och förblir intakt för att absorbera nästa slag av slag istället för irreversibelt knäck efter en träff.

"En märkbar procentuell förbättring av stötabsorberingen var något vi hoppades på, men de faktiska siffrorna var bättre än vi förväntade oss, "säger Clough." Våra tester visar att kuddarna fungerar bättre än någonting på den nuvarande marknaden. "

Sportteknikföretaget VICIS har licensierat tekniken för microlattice pad genom HRL, och forskarna planerar därefter att undersöka materialets användning i militärt huvudskydd. Dock, Clough varnar för att materialet inte är en "magisk kula" som kan skydda användaren från alla huvudskador.

"Hjälmbärare med vår stoppning kan njuta av fördelarna men bör aldrig anta att de är helt skyddade från skador eller försöker testa produktens gränser genom att möjligen äventyra sig själva i onödan, "säger han." Även en bra hjälm kan inte alltid skydda dig från varje skada hela tiden. "