Thiết kế hình học mới của vật liệu giúp mũ bảo hiểm xe đạp an toàn hơn
của Đại học Gothenburg
Lớp hấp thụ sốc của mũ bảo hiểm xe đạp có cấu trúc hình học hấp thụ lực va chạm tốt hơn so với mũ bảo hiểm hiện nay. Tín dụng: Mohammad Hossein Zamani
Bằng cách sử dụng các hình dạng hình học mới trong vật liệu hấp thụ sốc, các nhà nghiên cứu tại Đại học Gothenburg và Isfahan đã phát triển một chiếc mũ bảo hiểm xe đạp có khả năng bảo vệ tốt hơn khỏi chấn thương đầu. Vật liệu hấp thụ sốc bằng cách co lại ở cả hai bên.
Công trình này được công bố trên Tạp chí Quốc tế về Chất rắn và Cấu trúc.
Mũ bảo hiểm xe đạp rất quan trọng trong việc bảo vệ người đi xe đạp khỏi chấn thương đầu, nhưng các thiết kế truyền thống có những hạn chế về khả năng hấp thụ lực tác động và độ vừa vặn.
Các nhà nghiên cứu tại Đại học Gothenburg và Đại học Isfahan ở Iran đã thiết kế một chiếc mũ bảo hiểm xe đạp có vật liệu hấp thụ sốc sử dụng cái gọi là siêu cấu trúc auxetic. Vật liệu được thiết kế theo các mẫu hình học đặc biệt, hoạt động khác biệt trong điều kiện va chạm so với lớp lót xốp thông thường.
"Khi tiếp xúc với năng lượng từ tác động, vật liệu lót co lại và điều này cải thiện khả năng hấp thụ năng lượng tác động, nghĩa là giảm nguy cơ chấn thương ở đầu người đi xe đạp trong tai nạn", Mohsen Mirkhalaf, Phó giáo sư về cơ học và vật lý vật liệu tại Đại học Gothenburg cho biết.
Hình học là chìa khóa
Nghiên cứu được công bố trên Tạp chí Quốc tế về Chất rắn và Cấu trúc, kết hợp những gì đã biết về siêu cấu trúc auxetic với mô phỏng máy tính và các kỹ thuật tối ưu hóa để phát triển mũ bảo hiểm xe đạp an toàn hơn.
Lớp hấp thụ sốc của mũ bảo hiểm xe đạp có cấu trúc hình học hấp thụ lực va chạm tốt hơn so với mũ bảo hiểm hiện nay. Tín dụng: Mohammad Hossein Zamani
"Chúng tôi đã sử dụng một phương pháp tối ưu hóa thiết kế cụ thể để xác định cấu hình hình học tốt nhất có thể nhằm giảm thiểu lực va chạm. Hình dạng của cấu trúc vật liệu là một yếu tố chính", Mirkhalaf cho biết.
Cuối cùng, lớp bảo vệ của mũ bảo hiểm mới đã được in trên máy in 3D để thử nghiệm. Vật liệu được chọn là nhựa, một loại polyme siêu đàn hồi, có thể trải qua các biến dạng đáng kể và trở lại hình dạng ban đầu. Các thử nghiệm tiêu chuẩn trên hai loại va chạm khác nhau với mũ bảo hiểm mới cho thấy mũ bảo hiểm này bảo vệ đầu tốt hơn.
Có thể tùy chỉnh
"Kiến thức về các siêu cấu trúc auxetic mở rộng theo chiều ngang khi bị kéo căng đã có từ gần 40 năm. Tuy nhiên, sự phát triển của các siêu cấu trúc khác nhau đã bùng nổ do những tiến bộ trong công nghệ in 3D", Mirkhalaf cho biết.
Minh họa cách cấu trúc auxetic hấp thụ lực tác động. Tín dụng: Ali Rahimi-Lenji, Mohammad Heidari-Rarani
Thiết kế mũ bảo hiểm mới không chỉ bảo vệ tốt hơn mà còn nhẹ hơn và lớp lót auxetic có thể được tùy chỉnh theo hình dạng đầu của từng người bằng cách sử dụng công nghệ in 3D. Điều đó có lợi cho các vận động viên chuyên nghiệp hoặc những người gặp khó khăn trong việc tìm kiếm một chiếc mũ bảo hiểm thoải mái.
Nghiên cứu này là một bước tiến tới thiết bị bảo vệ thông minh hơn, cuối cùng có thể được sử dụng không chỉ trong xe đạp mà còn trong các lĩnh vực khác cần bảo vệ chống lại các tác động.
"Với sự phát triển hơn nữa, công nghệ này có thể dẫn đến một thế hệ mũ bảo hiểm xe đạp mới an toàn hơn, thoải mái hơn và có thể tùy chỉnh nhiều hơn. Mặc dù công nghệ in 3D hiện đắt hơn so với lớp lót xốp sản xuất hàng loạt, nhưng chi phí dự kiến sẽ giảm khi công nghệ này được sử dụng rộng rãi hơn.
"Trong tương lai, thậm chí có thể in mũ bảo hiểm theo yêu cầu, đảm bảo rằng mỗi người lái xe đều nhận được sự bảo vệ tốt nhất có thể."
