Os pesquisadores desenvolveram uma nova espuma leve feita de nanotubos de carbono que, quando usada como forro de capacete, absorve a energia cinética de um impacto quase 30 vezes melhor do que o forro atualmente usado em capacetes militares dos EUA. A espuma pode prevenir ou reduzir significativamente a probabilidade de concussões entre militares e atletas.
O traumatismo cranioencefálico (TCE) é uma das principais causas de incapacidade permanente e morte entre atletas e veteranos. As estatísticas de lesões mostram que a maioria das lesões cerebrais traumáticas (das quais a concussão é um subtipo) estão associadas a impactos oblíquos, que submetem o cérebro à energia cinética linear e rotacional e causam cisalhamento do delicado tecido cerebral.
Para melhorar a eficácia do capacete, os capacetes usados por militares e atletas devem usar um material de acolchoamento que limite ambas as forças de impacto. É exatamente isso que os pesquisadores da Universidade de Wisconsin-Madison estão tentando fazer. Para prevenir ou mitigar lesões cerebrais traumáticas causadas por impactos no corpo e na cabeça, eles desenvolveram um novo material de espuma leve que pode ser usado como forro de capacete.
Ramathasan Thevamaran, autor correspondente do estudo, disse: “Este material mostra um grande potencial para tornar novos capacetes mais eficazes na prevenção de concussões”.
No estudo atual, Thevamaran baseou-se em sua pesquisa anterior sobre espumas de nanotubos de carbono alinhados verticalmente (VACNT) - camadas cuidadosamente dispostas de cilindros de carbono com a espessura de um átomo - e suas notáveis capacidades de absorção de choque. Os capacetes atuais tentam reduzir o movimento rotacional, permitindo o movimento deslizante entre a cabeça do usuário e o capacete no momento do impacto. No entanto, os pesquisadores dizem que esse movimento não dissipa energia no cisalhamento e pode ficar preso quando fortemente comprimido após um impacto. Em contraste, a sua nova espuma não depende de uma camada deslizante.
A espuma VACNT evita esta desvantagem através do seu mecanismo de deformação único. Sob compressão, os VACNTs sofrem flambagem coletiva progressiva contínua, aumentando desde a complacência em baixos níveis de deformação de cisalhamento até uma resposta de enrijecimento em altos níveis de deformação. A flambagem compressiva resultante se desdobra completamente, permitindo que a espuma VACNT resista a grandes tensões de cisalhamento e depois retorne a um estado quase original após o descarregamento.
Os pesquisadores descobriram que com 25% de pré-compressão, a dissipação de energia de cisalhamento da espuma era quase 30 vezes maior do que a espuma elástica de poliuretano de densidade semelhante, com deformações de cisalhamento tão altas quanto 50%.
“Essas propriedades tornam a espuma VACNT muito adequada como material de enchimento para capacetes de proteção modernos, que não apenas atenuam as forças normais de impacto, mas também controlam a energia cinética rotacional gerada por impactos oblíquos, evitando assim lesões cerebrais traumáticas”, disseram os pesquisadores.
Eles já demonstraram a excelente condutividade térmica e propriedades de difusão da espuma VACNT, o que permite que os forros dos capacetes feitos com a espuma permaneçam frescos em ambientes quentes. Além de seu uso em capacetes, a espuma VACNT pode ser usada em embalagens e sistemas eletrônicos para proteção contra impactos e manutenção de dispositivos eletrônicos resfriados.
A pesquisa foi publicada na revista Mecânica Experimental.
Fonte compilada: ScitechDaily