Desde caídas hasta entradas de fútbol, la mayoría de los golpes en la cabeza ocurren en ángulos extraños. Y esos impactos desencadenan movimientos de cabeza lineales y rotacionales simultáneos. En particular, el movimiento giratorio provoca una tensión de cizallamiento, que es especialmente perjudicial para el cerebro.
Un nuevo material de espuma liviano podría aliviar la mayor parte o la totalidad de esa tensión del cerebro.
Desarrollado por ingenieros de la Universidad de Wisconsin-Madison, el nuevo material (una espuma de nanotubos de carbono alineados verticalmente) puede disipar una enorme cantidad de energía cinética rotacional de un impacto. Y como material de revestimiento de cascos, podría mitigar, o incluso prevenir, lesiones cerebrales traumáticas al debilitar la energía cinética rotacional antes de que llegue al cerebro.
De hecho, el nuevo material es 30 veces mejor a la hora de absorber la tensión de corte que la espuma que se utiliza actualmente en los revestimientos de los cascos de combate militares de EE. UU. El equipo describió el material y sus propiedades únicas en un artículo publicado el 7 de diciembre de 2023 en la revista Experimental Mechanics. .
"Este material es muy prometedor para crear nuevos cascos que sean drásticamente mejores en la prevención de conmociones cerebrales", afirma Ramathasan Thevamaran, profesor asistente de ingeniería mecánica de UW-Madison que dirigió la investigación.
Por qué funciona
Actualmente, algunos cascos intentan reducir el movimiento de rotación debido a los impactos empleando una capa que permite que se produzca un movimiento deslizante entre la cabeza del usuario y la capa exterior del casco. Sin embargo, Thevamaran dice que estas capas en movimiento no disipan la energía de la tensión de corte; Peor aún, tienden a atascarse cuando están muy comprimidos; en otras palabras, después de un golpe.
Al no depender de capas deslizantes, el nuevo material evita estas deficiencias.
Aún mejor, cuando se comprime, el material se vuelve inusualmente mejor a la hora de acomodar el corte y disipar la energía de un impacto, dice Thevamaran.
Este avance se basa en su investigación anterior sobre espumas de nanotubos de carbono alineadas verticalmente, en las que su equipo demostró las extraordinarias capacidades de absorción de impactos del material. El material consta de nanotubos de carbono (cilindros de carbono de sólo un átomo de espesor en cada capa) que están cuidadosamente dispuestos en estructuras cilíndricas muy compactas. La novedosa arquitectura del material, que tiene características estructurales únicas en múltiples escalas de longitud, le otorga al material sus propiedades excepcionales.
Además, los investigadores demostraron recientemente que sus espumas de nanotubos de carbono alineadas verticalmente exhibían una excelente conductividad térmica y difusividad, lo que permitiría que un forro de casco hecho de este material mantuviera la cabeza del usuario fresca en ambientes calurosos.
Junto con su delgadez, esa capacidad de enfriamiento coloca al nuevo material a la par de las espumas de grafito y lo hace atractivo para aplicaciones donde es importante tener menos peso. Más allá de los revestimientos de cascos, el material también podría usarse en empaques y sistemas electrónicos para proteger contra golpes y mantener los dispositivos electrónicos frescos.
Más información: B. Maheswaran et al, Mitigación de impactos oblicuos mediante el desenredado de nanotubos de carbono abrochados en revestimientos de cascos, Mecánica experimental (2023). DOI:10.1007/s11340-023-01013-1
Proporcionado por la Universidad de Wisconsin-Madison
