Учёные определили лучший материал для защиты головы в спортивных шлемах

Исследователи использовали компьютерное моделирование с точными моделями геометрии шлема и структуры черепа для сравнения реакции различных материалов шлемов на удары. Авторы: Чэньхун Лонг и Тао Ван.

Хотя занятия спортом могут оказывать положительное влияние как физиологически, так и социально, экстремальные виды спорта, такие как американский футбол и роллер-дерби, сопряжены с повышенными рисками. Согласно исследованию 2019 года, более 40% из 498 спортсменов получили как минимум одну травму в течение года.

Уровень травматизма ещё выше в профессиональном крикете — около 70%, причём примерно 13% всех травм приходится на голову, шею и лицо. Это указывает на необходимость улучшений в защитных шлемах.

В журнале AIP Advances исследователи из Чунцинского университета Цзяотун и средней школы №7 Чунцина сравнили характеристики трёх материалов для шлемов при наиболее распространённых типах ударов и нагрузок.

При выборе защитного материала необходимо учитывать множество аспектов, включая его вес и стоимость. Наиболее распространёнными материалами являются полимеры и различные виды пластиков.

«Эти материалы не только лёгкие, но и обладают высокой способностью поглощать энергию», — отметил автор исследования Тао Ван.

Учёные использовали компьютерное моделирование для сравнения материалов шлемов, изготовленных из прочного пластика АБС (акрилонитрилбутадиенстирол), сплавов стекловолокна и алюминиевых композитов. Они создали точные модели как геометрии шлема, так и структуры черепа, отслеживая распределение напряжения и деформации после удара в крикете как внутри шлема, так и в мозговой ткани.

Исследование даёт ценные рекомендации для дизайнеров. Для тренировок и любительского спорта учёные считают, что АБС вполне достаточен, но для профессиональных спортсменов с более высоким риском они рекомендуют стекловолокно или алюминиевые сплавы. Каждый материал имеет свои уникальные преимущества: хотя стекловолокно более хрупкое, чем алюминий, его способность равномерно распределять напряжение по всей поверхности может снизить стресс, связанный с травмой головы.

Крикет — один из самых популярных видов спорта в мире, где твёрдый мяч с высокой скоростью перемещается от подающего к бьющему. Хотя результаты исследования ценны для всех экстремальных видов спорта, Ван подчёркивает важность адаптации свойств шлема к конкретному виду деятельности, так как эффект удара зависит от его взаимодействия с гравитацией, возможности отскока и других факторов.

«Каждый вид спорта следует изучать отдельно, потому что условия нагрузки различаются в разных дисциплинах», — пояснил он.

Дополнительная информация: Чэньхун Лонг и Тао Ван, «Защита головы в крикете: анализ материалов шлемов для снижения риска черепно-мозговых травм», AIP Advances (2025). DOI: 10.1063/5.0271252

Источник: American Institute of Physics