用于安全头盔的新型弹性微晶格护垫可减少头部受伤

这张照片显示了HRL Laboratories的微晶格冲击衰减器垫采用投光技术制成，这种头盔使头盔更好地保护佩戴者，并且由于气流增加，使头盔更容易戴在头上。

加利福尼亚大学圣塔芭芭拉分校，HRL实验室有限责任公司和美国陆军研究实验室的科学家们已经开发出了弹性微晶格垫，该微晶格垫比足球头盔中使用的现有最新泡沫更好地承受单次撞击和一系列撞击。他们的研究结果发表在11月27日的《物质》杂志上，该材料可能为头盔提供了更好的保护头盔，从而更好地保护足球运动员和其他运动员免受反复头部撞击而造成的脑部伤害。

在战斗和美式橄榄球中使用的头盔都需要吸收冲击的材料，以防止持续的冲击，但是仍然难以设计出能够长期保持有效而又不影响体积，质量或成本的材料。尽管头盔泡沫在过去的几十年中得到了发展，但进步相对较小。

研究人员已经开发出了微晶格冲击衰减器垫，可以使头盔更好地保护佩戴者。

“我们的技术可以彻底改变橄榄球，击球，自行车和摩托车头盔，使它们更好地保护穿戴者，并且由于气流增加而更容易戴在头上，”材料科学HRL Laboratories的研究人员埃里克·克劳夫（Eric Clough）说。加州大学圣塔芭芭拉分校的博士生，以及该研究的首席科学家。

这种基于光敏聚合物的微晶格材料与埃菲尔铁塔著名的锻铁设计相似：坚固但允许空气通过，这种特性可使运动员的头部比现有头盔更凉爽。这种结构还使材料具有高度可调节性，因此工程师可以通过调整其组件轻松地定制它以吸收不同级别和类型的震动。

研究人员已经开发出微晶格冲击衰减器垫，在承受一次冲击时，其能量吸收效率比目前性能最佳的发泡聚苯乙烯泡沫高27％。

为了测试微晶格材料的三种不同变化与传统泡沫相比如何吸收冲击，研究人员首先使用了双砧座夹具来模拟类似于撞击头盔内垫的冲击，从而使他们能够测量响应仅在不考虑头盔的形状和其他属性的情况下对材料进行处理。接下来，他们将这种材料改制成头盔垫，并根据美国陆军高级战斗头盔测试规范对其进行了测试，同时观察了其承受多次连续打击的能力。

与目前最有效的发泡聚苯乙烯泡沫相比，该团队性能最好的微晶格材料一次撞击所吸收的能量最多高出27％，与反复撞击时的顶级乙烯基腈泡沫相比，其吸收能量的效率高出48％。该材料的性能也优于竞争的微晶格设计，一次撞击可吸收近14％的能量，并保持完好无损，以吸收下一轮撞击，而不是一次撞击后不可逆地屈曲。

Clough说：“我们希望获得显着提高的冲击吸收率，但实际数字要好于我们的预期。”“我们的测试表明，这些垫比目前市场上的任何垫都更好。”

体育技术公司VICIS已通过HRL获得了微晶格垫技术的许可，研究人员接下来计划研究该材料在军事头部保护中的用途。但是，克拉夫告诫说，这种材料不是能够保护使用者免受所有头部伤害的“魔弹”。

他说：“使用我们填充材料的头盔佩戴者可以享受这些好处，但绝对不能认为它们已受到完全保护，免受伤害或试图通过不必要地危害自身来测试产品的极限，”他说。“即使是伟大的头盔也无法始终保护您不受任何伤害。”

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参考：“弹性微晶格冲击衰减器”，埃里克·克拉夫，托马斯·A·普拉斯特德，扎克·C·埃克尔，肯尼思·坎特，雅各布·洪德利和托比亚斯·A·舍德勒，2019年11月27日，物质。
10.1016 / j.matt.2019.10.004

这项工作得到了HeadHealthTECH Challenge III，HRL Laboratories，LLC和DARPA的支持。已向HRL实验室授予专利，序列号为7,382,959； 8,017,193； 8,197,930； 8,663,539;美国专利商标局则为9,738,013。HRL实验室已将此技术授权给头盔制造商。但是，作者对这项许可活动的商业成功没有任何个人财务利益。