Od padova do fudbalskih udaraca, većina udaraca u glavu se dešava pod neobičnim uglovima. A ti udari pokreću istovremene linearne i rotacione pokrete glave. Rotirajući pokret posebno uzrokuje smicanje, što je posebno štetno za mozak.
Novi lagani materijal od pene mogao bi da skine većinu ili sav taj napor sa mozga.
Razvijen od strane inženjera Univerziteta Viskonsin-Medison, novi materijal — vertikalno postavljena pena od ugljeničnih nanocevi — može da rasprši ogromnu količinu rotacione kinetičke energije od udara. I kao materijal za podstavu kacige, mogao bi ublažiti, ili čak sprečiti, traumatske povrede mozga slabljenjem rotacione kinetičke energije pre nego što stigne do mozga.
U stvari, novi materijal je 30 puta bolji u apsorpciji smicanja od pene koja se trenutno koristi u američkim vojnim oblogama za borbene šlemove. Tim je opisao materijal i njegova jedinstvena svojstva u radu objavljenom 7. decembra 2023. u časopisu Ekperimental Mechanics.
„Ovaj materijal pokazuje veliko obećanje za omogućavanje novih šlemova koji su drastično bolji u prevenciji potresa mozga“, kaže Ramathasan Thevamaran, docent mašinstva na UV–Madisonu koji je vodio istraživanje.
Zašto radi
Trenutno, neki šlemovi pokušavaju da smanje rotaciono kretanje od udaraca upotrebom sloja koji omogućava da dođe do kliznog pokreta između glave korisnika i spoljašnje školjke kaciga. Međutim, Thevamaran kaže da ovi pokretni slojevi ne rasipaju energiju usled smicanja; što je još gore, imaju tendenciju da se zaglave kada su jako stisnute – drugim rečima, nakon udarca.
Pošto se ne oslanja na klizne slojeve, novi materijal zaobilazi ove nedostatke.
Još bolje, kada je komprimovan, materijal postaje neobično bolji u prilagođavanju smicanja i rasipanju energije od udara, kaže Thevamaran.
Ovaj napredak se zasniva na njegovom prethodnom istraživanju vertikalno poravnatih pena od ugljeničnih nanocevi, u kojima je njegov tim pokazao izuzetne sposobnosti materijala da apsorbuje udarce. Materijal se sastoji od ugljeničnih nanocevi — ugljeničnih cilindara debljine samo jedan atom u svakom sloju — koje su pažljivo raspoređene u čvrsto zbijene cilindrične strukture. Nova arhitektura materijala, koja ima jedinstvene strukturne karakteristike na više skala dužine, daje materijalu njegova izuzetna svojstva.
Pored toga, istraživači su nedavno pokazali da njihove vertikalno postavljene pene od ugljeničnih nanocevi pokazuju izvanrednu toplotnu provodljivost i difuziju, što bi omogućilo da obloga za kacige napravljena od materijala drži glavu korisnika hladnom u vrućim okruženjima.
Zajedno sa svojom tankošću, ta sposobnost hlađenja stavlja novi materijal u rang sa grafitnim penama i čini ga atraktivnim za aplikacije gde je važna manja težina. Osim obloga za kacige, materijal bi se takođe mogao koristiti u elektronskom pakovanju i elektronskim sistemima kako bi zaštitio od udaraca i održao elektroniku hladnom.
