Los investigadores han desarrollado una nueva espuma liviana hecha de nanotubos de carbono que, cuando se usa como revestimiento para cascos, absorbe la energía cinética de un impacto casi 30 veces mejor que el revestimiento que se usa actualmente en los cascos militares estadounidenses. La espuma podría prevenir o reducir en gran medida la probabilidad de conmociones cerebrales entre los miembros del servicio y los atletas.
La lesión cerebral traumática (TBI) es una de las principales causas de discapacidad permanente y muerte entre atletas y veteranos. Las estadísticas de lesiones muestran que la mayoría de las lesiones cerebrales traumáticas (de las cuales la conmoción cerebral es un subtipo) están asociadas con impactos oblicuos, que someten al cerebro a energía cinética tanto lineal como rotacional y provocan el corte del delicado tejido cerebral.
Para mejorar la efectividad del casco, los cascos usados por personal militar y atletas deben usar un material de acolchado que limite ambas fuerzas de impacto. Eso es exactamente lo que están intentando hacer los investigadores de la Universidad de Wisconsin-Madison. Para prevenir o mitigar las lesiones cerebrales traumáticas provocadas por impactos en el cuerpo y la cabeza, desarrollaron un nuevo material de espuma liviano que se puede usar como revestimiento del casco.
Ramathasan Thevamaran, autor correspondiente del estudio, dijo: "Este material muestra un gran potencial para hacer que los nuevos cascos sean más efectivos en la prevención de conmociones cerebrales".
En el estudio actual, Thevamaran se basó en su investigación anterior sobre espumas de nanotubos de carbono alineados verticalmente (VACNT), capas cuidadosamente dispuestas de cilindros de carbono de un átomo de espesor, y sus notables capacidades de absorción de impactos. Los cascos actuales intentan reducir el movimiento de rotación permitiendo un movimiento deslizante entre la cabeza del usuario y el casco tras el impacto. Sin embargo, los investigadores dicen que este movimiento no disipa la energía en forma de cizallamiento y puede quedarse atascado cuando se comprime severamente después de un impacto. Por el contrario, su nueva espuma no se basa en una capa deslizante.
La espuma VACNT evita este inconveniente gracias a su exclusivo mecanismo de deformación. Bajo compresión, los VACNT experimentan un pandeo colectivo progresivo continuo, que aumenta desde la flexibilidad en niveles bajos de deformación cortante hasta una respuesta de rigidez en niveles altos de deformación. El pandeo por compresión resultante se despliega por completo, lo que permite que la espuma VACNT resista grandes tensiones de corte y luego regrese a un estado casi original al descargarse.
Los investigadores descubrieron que con una precompresión del 25%, la disipación de energía de corte de la espuma era casi 30 veces mayor que la de la espuma elástica de poliuretano de densidad similar, con deformaciones de corte de hasta el 50%.
"Estas propiedades hacen que la espuma VACNT sea muy adecuada como material acolchado para los cascos protectores modernos, que no sólo atenúan las fuerzas de impacto normales, sino que también controlan la energía cinética rotacional generada por impactos oblicuos, evitando así lesiones cerebrales traumáticas", dijeron los investigadores.
Anteriormente han demostrado las excelentes propiedades de conductividad y difusión térmica de la espuma VACNT, que permite que los revestimientos de los cascos fabricados con espuma se mantengan frescos en ambientes calurosos. Además de su uso en cascos, la espuma VACNT se puede utilizar en embalajes y sistemas electrónicos para proteger contra impactos y mantener frescos los dispositivos electrónicos.
La investigación fue publicada en la revista Experimental Mechanics.
Fuente compilada: ScitechDaily