Усовершенствованная подкладка для шлема значительно повышает защиту от сотрясений

Новости МирТесен

Американские ученые создали инновационную легкую пену на основе углеродных нанотрубок. Данный материал подходит для использования в качестве амортизирующего слоя в военных и спортивных шлемах. Он способен поглощать кинетическую энергию при ударе, что позволяет снижать риск сотрясения мозга примерно в 30 раз эффективнее, чем существующие шлемы, используемые вооруженными силами США. Кроме того, материал можно использовать при создании упаковок для электронных устройств, чтобы защитить их от повреждений и перегрева.

Черепно-мозговые травмы хорошо знакомы военнослужащим и спортсменам, поскольку они являются одной из основных причин инвалидности и летальных исходов в этих группах людей. Зачастую травмы возникают в результате косых ударов, которые приводят к комбинации линейного и вращательного движения, вызывающего смещение тканей мозга. В связи с этим, при разработке подкладок для шлемов необходимо минимизировать оба типа воздействия.

Ученые из Висконсинского университета в Мадисоне (США) создали инновационный материал для этих подкладок, основываясь на результатах своих предыдущих исследований исследования в области пеноматериалов из вертикально расположенных углеродных нанотрубок (VACNT — vertically aligned carbon nanotube). Они представляют собой упорядоченные углеродные цилиндры с толщиной стенок в один атом.

Конструкция современных шлемов предусматривает снижение ротационного движения за счет возможности скольжения между головой и защитной оболочкой во время удара. Однако ученые полагают, что такое перемещение не позволяет эффективно рассеивать энергию воздействия и плохо справляется с резкими компрессиями после него. В отличие от этого, новая пена основана на уникальном принципе деформации: она мягко амортизирует слабые удары и демонстрирует повышенную жесткость при сильных.

В ходе экспериментов было установлено, что при деформации в 20% пена демонстрирует рассеивание энергии удара примерно в тридцать раз лучше по сравнению с другими материалами, используемыми для производства шлемов схожей плотности и основанными на полиуретане.

«Обладая такими свойствами, пены VACNT представляются весьма перспективными для использования в качестве подкладок современных защитных касок, предназначенных для предотвращения травм головы. Они способны не только снижать силу обычного удара, но и контролировать кинетическую энергию вращательного движения, возникающую при воздействии косых сил», — пояснили создатели разработки.

Отметим, что ранее ученые продемонстрировалиМатериал отличается замечательной теплопроводностью и способностью к распространению внутри своей структуры. Это позволяет подкладке шлема, изготовленной из подобной пены, сохранять низкую температуру даже в условиях высокой жары. Кроме того, разработчики утверждают о возможности применения этого материала для создания упаковок электронных устройств – с целью защиты от механических повреждений и перегрева. О результатах исследования ученые сообщили опубликовано в журнале Experimental Mechanics.