Zespół badaczy z Uniwersytetu w Göteborgu i Uniwersytetu w Isfahanie stworzył nowy typ kasku rowerowego, który lepiej chroni głowę dzięki niezwykłej strukturze materiału. Innowacyjna geometria wkładki ochronnej pochłania energię uderzenia efektywniej niż tradycyjne pianki, a wszystko dzięki technologii druku 3D i tzw. metastrukturom auksetycznym. Szczegóły opisano w czasopiśmie International Journal of Solids and Structures.
Kask skrojony na każdą głowę
Kaski rowerowe to podstawowe narzędzie ochrony głowy, ale ich klasyczna konstrukcja ma poważne ograniczenia – zwłaszcza jeśli chodzi o absorpcję energii przy zderzeniu. Tradycyjne wkładki z pianki rozpraszają siłę uderzenia, ale nie zawsze w sposób optymalny. Co więcej, ich dopasowanie do kształtu głowy bywa niedoskonałe.
Czytaj też: Nowa era bezpieczeństwa na drogach. Inteligentny kask, który ratuje życie
Badacze z dwóch uniwersytetów – szwedzkiego Uniwersytetu w Göteborgu i irańskiego Uniwersytetu w Isfahanie – postanowili to zmienić. Opracowali nową koncepcję materiału ochronnego, który dzięki specjalnym wzorom geometrycznym zachowuje się zupełnie inaczej niż pianka.
Prof. Mohsen Mirkhalaf z Uniwersytetu w Göteborgu mówi:
Pod wpływem uderzenia materiał nie rozszerza się, lecz… kurczy w dwóch kierunkach. To właśnie ta cecha zwiększa skuteczność pochłaniania energii, zmniejszając tym samym ryzyko poważnych urazów.
Omawiana struktura to tzw. metastruktura auksetyczna. Choć termin ten brzmi futurystycznie, sama koncepcja istnieje od prawie czterech dekad. Mimo to dopiero teraz, dzięki rozwojowi druku 3D, możliwe stało się jej praktyczne zastosowanie w produktach codziennego użytku.
Materiały auksetyczne mają wyjątkową cechę: zamiast rozszerzać się w jednym kierunku, gdy są rozciągane, zwiększają swoją objętość również poprzecznie. A kiedy są ściskane – kurczą się w obu kierunkach. Ta nietypowa reakcja na obciążenie sprawia, że mogą efektywniej rozpraszać energię. Nowy kask powstał właśnie w oparciu o taką geometrię. Naukowcy przeprowadzili szereg symulacji komputerowych i optymalizacji projektowych, by wybrać idealny układ geometryczny.
Warstwa ochronna kasku została wydrukowana w technologii 3D z użyciem hiperelastycznego polimeru – rodzaju plastiku, który może ulegać znacznym odkształceniom i powracać do pierwotnego kształtu. Tego typu materiały są niezwykle trwałe, a zarazem lekkie. Nowy kask przeszedł standardowe testy zderzeniowe obejmujące dwa główne typy uderzeń: czołowe i boczne. We wszystkich przypadkach wykazał lepsze właściwości ochronne niż klasyczne modele dostępne obecnie na rynku.
Jedną z największych zalet nowego rozwiązania jest możliwość pełnej personalizacji. Dzięki drukowi 3D wkładkę ochronną można idealnie dopasować do kształtu głowy konkretnego użytkownika. To ogromna wartość nie tylko dla sportowców, którzy potrzebują sprzętu “szytego na miarę”, ale również dla osób o nietypowej budowie czaszki, które mają trudności ze znalezieniem wygodnego kasku.
Prof. Mohsen Mirkhalaf wyjaśnia:
Z czasem możliwe stanie się zamawianie spersonalizowanego kasku online. Użytkownik zeskanuje swoją głowę, a drukarka 3D wykona produkt dokładnie dopasowany do jego anatomii. Takie rozwiązanie może znacząco podnieść poziom ochrony.
Choć technologia druku 3D jest obecnie droższa niż masowa produkcja piankowych wkładek, naukowcy przewidują, że wraz z jej popularyzacją ceny będą spadać. To może otworzyć drogę do masowego wdrażania bardziej zaawansowanych rozwiązań ochronnych nie tylko w kolarstwie, ale także w innych dziedzinach: sporcie kontaktowym, ratownictwie, motoryzacji czy wojsku.