采用聚氨酯和聚酰胺材料，创新充气安全头盔取得可喜效果

法国开发出一种充气安全头盔，研究人员发现它在初步测试中表现良好。

《生物工程》杂志介绍了这种新型自行车头盔的设计，并与传统的发泡聚苯乙烯自行车头盔进行了对比测试。

Bertrand Mathon和其研发团队表示，骑自行车时戴发泡聚苯乙烯头盔可降低颅骨骨折、穿透伤和脑外伤的风险。

他们称：“在设计头盔原型时，厚度和刚度是影响头盔的能量吸收效果的关键变量。”

“鉴于发泡聚苯乙烯具有冲击减缓能力和质地轻盈，它已成为自行车头盔制造商使用的参考材料。”

为了进一步提高不同头部损伤机制的安全性，一些研究小组建议用其他材料取代传统的塑料外壳，如丙烯酸热塑性复合材料或椰子壳，而另一些研究小组则使用了可折叠或能量吸收结构。

最近，创新的自行车头盔甚至采用了安全气囊技术，为新一代头盔的诞生铺平了道路。

在这些初步工作的基础上，研究小组开发了Bumpair自行车头盔，该头盔充满了压缩空气，采用专利认证技术，以增加冲击吸收效果。

这种新设计包括一个用于容纳气体的气密弹性膜和一个容纳该膜的纤维外壳。

在头盔放气的静止状态下，隔膜的尺寸与外壳的尺寸不同，并且包含隔膜的外壳可以折叠。

在充气的活动状态下，膜的尺寸与外壳的尺寸相对应。

Bumpair头盔的工作原理是在聚酰胺纤维头盔内的聚氨酯袋中封装压缩空气。聚酰胺纤维抑制聚氨酯进一步变形，使其能够承受高压。

头盔内的压缩空气产生强大的表面张力，使头盔能够吸收冲击力并保护使用者的头部。

抗变形力与头盔接触面和内部压力成正比。

研究人员称："必须说明的是，头盔需要充气到正确的压力，因为所提供的保护直接取决于其充气水平。”

为了帮助用户正确地给头盔充气，最新版本的头盔上增加了一个压力指示器，以显示头盔何时处于正确的压力状态。他们说，如果压力达不到要求，可能会给使用者带来危险。

这种头盔比传统的发泡聚苯乙烯头盔更大，平均厚度为52毫米。

在研究中，研究人员对头盔进行了冲击测试，以评估该头盔减少线性加速度影响的能力，并将结果与传统的发泡聚苯乙烯头盔进行了比较。

两种设计都反复在平铺砧上进行了有导向的垂直下落试验，并记录了最大加速度值。

与传统头盔相比，充气头盔大大降低了最大线性加速度，显示出在减少冲击能量方面的改进。

Bumpair头盔还显示出比传统头盔更好的抗反复撞击能力。(传统的发泡聚苯乙烯头盔不能承受一次以上的撞击）。

他们表示，充气设计更能抵御撞击，因为其充气结构能更好地分散和吸收撞击能量。

根据实验室对4个Bumpair样品和20个专用样品进行的130次撞击测试，其加速度的最大值从未超过规定标准的要求。平均值总是比硬头盔低得多。

研究人员称，他们的新设计有助于减少骑车者的头部伤害。

但是，他们强调，他们的结果只是理论上的，并不包括头部伤害标准。由于头盔尚未广泛使用，因此这些结果还没有得到强有力的临床研究的支持。

他们表示："在不久的将来，数值研究、头盔的更广泛使用以及其他测试可以更好地了解用户对Bumpair头盔更好的吸收冲击能力的反应。”

研究人员讨论了几个局限性。他们表示，重要的是要注意，创伤性脑损伤主要是由角加速度引起的。

"由于我们在这项实验中只研究了线性加速度（特别是因为实验测试是基于EN 1078标准），因此更深入地研究使用平铺砧的加速度可能会很有趣。 "

此外，Bumpair头盔显示出强烈的弹跳效果，这可能会对使用者的颈椎造成影响。目前尚未对此进行研究。

"由于这种影响可能比之前预期的更加危险，因此将进行研究，更详细地研究反弹对使用者健康的影响"。

研究小组成员包括：索邦大学的Mathon、Bumpair公司的Valentin Duarte Rocha和Timothée Bergeret、ICAM大巴黎南部校区的Jean-Baptiste和Arnaud Falcan。