ورود
ثبت نام

کلاه ایمنی جدید می تواند آسیب های مغزی را محدود کن 1396/12/04


وقتی دو بازیکن فوتبال آمریکایی در این میدان برخورد می کنند. اگرهر دو کلاه ایمنی داشته باشند . با این حال، سر آنها به هم برخورد کند  آسیب جدی می بیند طراحی کلاه ایمنی جدید می تواند این مغز بازیکنان را بسیار بهتر از اینها محافظت کند .این کلاه جدید از سه لایه عایق جذب نیرو ساخته شده است. اکثر کلاه ایمنی امروز فقط یک لایه دارند.

.

 

 



 


الن آررودا می گوید: "کلاه های فعلی به خوبی برای کاهش نیرویی که به جمجمه می رسد کار می کنند." او یک مهندس مکانیک در دانشگاه میشیگان در آن آربور است. اما کاهش نیرو تنها مشکل نیست. ضربه به سر موجی از انرژی جنبشی را از طریق جمجمه و به مغز ارسال می کند. انرژی جنبشی انرژی حرکت است.

مایکل توولس، مهندس مکانیک در میشیگان، توضیح می دهد: "بیایید تصور کنیم که شما یک تخم مرغ دارید و شما تخم مرغ را تجربه کردید." زدن تخم مرغ می تواند پوسته خود را شکست دهد. اما نیروی انرژی جنبشی نیز ممکن است تخم مرغ را پرتاب کند

وقتی یک سر ورزشکار ضربه می خورد، چیزی مشابهی اتفاق می افتد. حتی اگر جمجمه شکسته نشود، یک نیروی انرژی از طریق جمجمه و مغز حرکت می کند. اما مغز و جمجمه همیشه با همان سرعت حرکت نمی کنند. بنابراین قسمت های مغز می توانند در داخل جمجمه صدمه ببیند

کلاه ایمنی دوچرخه برای ضربه زدن است. این اقدام مقدار زیادی انرژی جنبشی را جذب می کند.الن آروودا طرح سه لایه را نشان می دهد که تیمش در دانشگاه میشیگان برای تقویت کلاه در طول برخورد پیشنهاد کرده اند
در حال حاضر دو مهندس میشیگان با تانزان برای بهبود کلاه ایمنی کار می کنند. طراحی جدید آنها با استفاده از سه لایه از پلیمرها، مواد پلاستیکی که مولکولها آنها زنجیره ای از گروه های تکراری از اتم ها است تشکیل شده است  با هم این سه لایه، نیروی ضربه و انرژی جنبشی ضربه را کاهش می دهد.

الن آروودا طرح سه لایه را نشان می دهد که تیمش در دانشگاه میشیگان انجام می دهند

لایه های مختلف

تیم میشیگان در ابتدا بر روی سر تمرکز کرد، جایی که آسیب رخ می دهد. Arruda توضیح می دهد: "باید تجزیه و تحلیل کرد که چه چیزی موجب حرکت مغز نسبت به جمجمه در هنگام برخورد با جمجمه می شود." درک جنبش و عوامل موثر بر آن، تیم او را به طرح سه لایه هدایت کرد.

بعد تیم پلیمرها را انتخاب کرد. Thouless می گوید: "ما می دانستیم که چه خواص هایی را دنبال می کنیم.

برای به دست آوردن انرژی جنبشی، تیم  یک لایه همانند الاستیک،انتخاب کرد  این ماده پس از آن که تغییر شکل می دهد، به شکل اصلی آن در می آید  با این حال، بر خلاف انعطاف پذیری معمولی، مواد به آرامی تغییر شکل می دهند فوم حافظه در برخی از تشک ها و بالش نمونه ای از این نوع مواد است.

همانطور که تغییرات مواد تشکیل شده بهبود می یابد، مقداری از انرژی جنبشی آن را از بین می برد. این بدان معناست که در یک کلاه ایمنی  انرژی کمتری به سر می رسد. چقدر کمتر ؟به نوع خاصی از پلیمر بستگی دارد. این نیز به فرکانس یا طول موج ضربه بستگی دارد. برای هر الاستومر چسبناک خاص، یک فرکانس انرژی وجود دارد که آن را بهتر می کند.

او می گوید. در عوض، این ضربه، در سراسر کلاه و در سرت در گستره ای از فرکانس گسترش می یابد. این نوع مانند ضربه زدن به یک دسته از کلید پیانو با مشت شما است. شما می توانید دسته ای از یادداشت های متقاطع با فرکانس های مختلف را بشنوید.

این همان جایی است که دو لایه دیگر از طراحی انجام می دهند . همانطور که در کلاه های استاندارد، دو لایه بیرونی مقدار زیادی از نیروی ضربه را جذب می کنند. اساسا، آنها ضربه را نرم می کنند.

این لایه ها همه با هم کار می کنند تا گروه فرکانس ها را از یک ضربه به یک فرکانس تغییر دهد. این کمی شبیه ارکستر است که تنظیم می کند تا یک یادداشت را مطابقت دهد. هنگامی که انرژی در نهایت عبور می کند، آن را به یک فرکانس که به بهترین وجه با لایه درونی کار می کند تنظیم شده است،

بازیکنان فوتبال ممکن است بیشترین سودرا ببرند
نمونه اولیه این گروه در مقایسه با دیگر کلاه ایمنی به خوبی کار می کرد تنها یک پنجم انرژی جنبشی از یک ضربه، آن را به سر می رسد  این تیم نتایج خود را در شماره 2015 مجله مکانیک و فیزیک جامدات منتشر کرد.

فرانک کلاه جدید را "یک طراحی بسیار هوشمندانه" توصیف می کند. او همچنین بررسی کرده است که چگونه نیرو یا انرژی بر مغز تاثیر می گذارد. او می گوید ایده تاثیر کاهش انرژی قبل از اینکه به مغز برسد را دوست دارم  "من کاملا معتقدم که این رویکرد درست است."

Arruda می گوید: "این کلاه ایمنی چیزی بیش از یک کلاه ایمنی نیست." این به این معنی است که ورزشکاران در هر سنی می توانند در صورت بازی از هر گونه ضربه  درامان باشند

"همان طراحی را می توان در برنامه های دیگر نیز مورد استفاده قرار داد." به عنوان مثال، لایه های چندگانه می تواند به بهبود شانه و زانو در برخی از ورزش ها کمک کند.

در حالت ایده آل، رویکرد جدید منجر به ضربات کمتری و محافظت ازآسیب مغزی خواهد شد،فرانک می گوید: "مغز یک ساختار بسیار ظریف است و باید محافظت شود."