Ученые из Исследовательской лаборатории армии и Аргоннской национальной лаборатории Министерства энергетики США используют высокочувствительные рентгеновские аппараты для изучения микроструктур черепа, которые используются для разработки новых конструкций военных шлемов. На сегодняшний день, это самое подробное исследование человеческого черепа, поэтому в результате мы должны ожидать, что лучшие шлемы защитят крошечные кости.
Это связано с тем, что ученые полагаются на подробные компьютерные модели черепа и мозга, чтобы лучше понять, какими характеристиками должен обладать шлем, чтобы защитить целостность этих структур.
Одни и те же кости, но в разных головах, имеют различный вес или реагируют по-разному, если они имеют разную ориентацию. Известный как анизотропия, это означает, что свойства костей зависят от их ориентации.
Анизотропия - это свойство, о котором эти исследователи больше всего интересуются, узнавая больше, потому что оно может помочь им обучить свои компьютерные модели придумать наиболее распространенное решение для дизайна шлемов. То есть способ создать шлем, который перенаправляет силу удара таким образом, чтобы это было выгодно для наиболее уязвимых и крошечных костей черепа.
В течение трех дней исследовательская группа в Аргонне использовала рентгеновские лучи усовершенствованного источника фотографий (APS) для получения терабайтов данных, которые могут выявить анизотропию в образцах черепа при их анализе.
«APS позволил нам увидеть, как нагрузки передаются через кристаллическую структуру и как энергия распределяется вокруг трещины», - говорит руководитель группы Исследовательской лаборатории армии Карин Рафаэльс в сообщении к СМИ. «Чем больше мы понимаем, как ведет себя череп, тем больше мы можем понять, что происходит с мозгом».
Таким образом, каждый отдельный череп рассказывает свою историю о том, как кости реагируют на разные ситуации. Каждый информирует компьютерную модель, что в конечном итоге приведет к лучшему дизайну шлема.
Это полезно для военных, так как для этого нужны сотни тысяч шлемов. Согласно отчету 2017 года в «Нью-Йорк таймс» , в любой конкретный момент времени в вооруженных силах насчитывается более 1.2 млн человек и еще 850 000 человек находятся в резерве. Но такая смена шлема должна быть обоснована наукой, потому что это изменение повлияет на множество людей.
За последние 100 лет армейские шлемы коренным образом изменились в ответ на искусство войны. Во время Первой мировой войны армия приняла, по сути, жестяные каски чтобы избежать попадания от осколочных снарядов.
Позже с появлением кевлара появился шлем «K-Pot» . Это обеспечило покрытие вниз по шее и было почти пуленепробиваемым.
Основываясь на отзывах современных пользователей шлемов, исследователи рассматривают возможность добавления графена, сверхпрочного углеродного материала, который уже испытывается в бронежилете. Идея состоит в том, чтобы сделать шлем более легким и прочным, но в настоящее время ни один материал не может быть произведен в массовом масштабе для масштабов вооруженных сил США.
В дальнейшем аргоннская команда хотела бы изучить черепа, под рентгеновским лучом. То, как кости ведут себя во время какого-либо события, например, при сильной нагрузке, может многое рассказать о существующих образцах, которые у них уже есть.
Эти эксперименты могут сформировать то, как будут выглядеть следующие 100 лет армейских шлемов, потому что, как показала разработка кевлара, научные открытия могут повлиять на дизайн так же, как и на военную тактику.