
Сотрудники Мичиганского университета разработали принципиально новую конструкцию шлема для игры в американский футбол. В отличие от имеющихся образцов, новый шлем уменьшает не только пиковую силу удара, но и его импульс. О своей разработке ученые сообщили в Journal of the Mechanics and Physics of Solids.
Современные жесткие шлемы предназначены для профилактики переломов черепа при ударах по голове. Однако они передают импульс удара, достаточный для повреждения мозга, особенно при повторяющихся травмах — возникающая от этого хроническая энцефалопатия встречается примерно у 96 процентов футболистов.. Исследователи создали модель из различных материалов, по физическим характеристикам соответствующую черепной коробке, мозговым оболочкам и мозговому веществу. С ее помощью они убедились, что рассеивание импульса не менее важно, чем защита от пиковой силы удара.
С помощью той же модели они испытали различные варианты шлемов из композитных материалов. Оказалось, что максимальную защиту мозга обеспечивает трехслойная конструкция. Внешний слой изготовлен из поликарбоната и напоминает существующие шлемы. Под ним расположен слой гибкого пластика. Два этих слоя отражают большую часть начальной силы удара и, что особенно важно, преобразуют частоту образующейся при этом ударной волны.
Внутренний слой, который изготовлен из вязко-эластичного материала, напоминающего подсохшую смолу, эффективно поглощает и рассеивает волны такой частоты, не давая импульсу удара вызвать сотрясение мозга. В эксперименте трехслойный шлем, названный Mitigatium, уменьшил пиковую силу на 70 процентов, а импульс — на 80 процентов по сравнению с обычным шлемом.
Исследователи отмечают, что изменяя толщину и матералы слоев в созданной ими конструкции, можно изготавливать шлемы для различных целей, в том числе для защиты водителей и военнослужащих.
Ранее научный коллектив из Университета Вирджинии предложил встраивать в шлемы для американского футбола постоянные магниты, направленные наружу одноименными полюсами. Такие шлемы начинают отталкиваться друг от друга еще до соударения.
Олег Лищук
