Forskare vid Göteborgs universitet har tagit fram en cykelhjälm som ger bättre skydd mot huvudskador. Designen utgår från ett material med nya geometriska former, som fångar upp kraften från en krock genom att dra ihop sig.
Hjälm är viktigt för att skydda cyklister från huvudskador, men traditionella konstruktioner har begränsningar när det gäller stötdämpning och passform.
Forskare vid bland annat Göteborgs universitet har nu designat en cykelhjälm med ett stötdämpande material som utnyttjar så kallade auxetiska metastrukturer.
Materialet är utformat i speciella geometriska mönster som beter sig annorlunda vid stötar jämfört med skumfoder, som finns i vanliga cykelhjälmar.
– När det stötdämpande materialet utsätts för energi i form av en stöt så drar det ihop sig och det förbättrar absorptionen av krockenergin. Det innebär lägre risker för skador på cyklistens huvud, säger Mohsen Mirkhalaf, lektor i materialens mekanik och fysik vid Göteborgs universitet.
Geometrin är nyckeln
För att ta fram en säkrare hjälm har forskningsstudien lagt samman kända kunskaper om auxetiska metastrukturer med datorsimuleringar och optimeringstekniker.
– Vi använde en särskild metod för designoptimering för att identifiera den bästa möjliga geometriska konfigurationen för att minimera krockkrafterna. Det är geometrin på materialets struktur som är nyckeln, säger Mohsen Mirkhalaf.
Hjälm kan anpassas med 3D-skrivare
Forskarna har även använt 3D-skrivare för att skriva ut och testa den nya hjälmens skyddande lager. Materialet som valdes var en typ av plast, en polymer, som kan genomgå betydande deformationer och ändå återfå sin form efter krocken. Standardtester på två olika sorters stötar mot den nya hjälmen visar att den skyddar huvudet bättre.
– Kunskapen om auxetiska metastrukturer som expanderar i sidled när de töjs ut har funnits i nästan 40 år. Utvecklingen av olika metastrukturer har dock exploderat tack vare framstegen inom 3D-printning, säger Mohsen Mirkhalaf.
Den nya hjälmdesignen ger bättre skydd, men är också lättare. Med hjälp av 3D-printning kan fodret även anpassas efter individuella huvudformer.
Skyddsutrustning inom flera områden
Forskningen är ett steg mot smartare skyddsutrustning, som i förlängningen kan komma att användas även inom andra områden där skydd mot stötar krävs.
– Med ytterligare utveckling kan den här tekniken leda till en ny generation cykelhjälmar som är säkrare, bekvämare och mer anpassningsbara. Även om 3D-printtekniken för närvarande är dyrare än massproducerade skumfoder, förväntas kostnaderna sjunka i takt med att tekniken blir mer allmänt använd, säger Mohsen Mirkhalaf.
Vetenskaplig artikel:
Design, optimization and additive manufacturing of an innovative bike helmet using auxetic metastructures, International journal of solids and structures.
