Шлемы времен Первой мировой войны защищают от ударных волн не хуже, чем современный дизайн: французский шлем Адриана предполагает, что простая геометрия может спасти мозг от взрывов над головой

Исследование может помочь улучшить защиту будущих шлемов от взрыва за счет выбора различных материалов, наложения слоев из нескольких материалов с разным акустическим импедансом или изменения их геометрии.
Результаты появились в сети 13 февраля в журнале PLOS ONE.
«Хотя мы обнаружили, что все шлемы обеспечивают значительную защиту от взрывов, мы были удивлены, обнаружив, что шлемы 100-летней давности работали так же хорошо, как и современные», – сказал Йост Оп’т Эйнде, аспирант биомедицинской инженерии. в Duke и первый автор исследования. «Действительно, некоторые исторические шлемы в некоторых отношениях показали себя лучше.»
Исследователи только недавно начали изучать повреждение мозга, которое ударная волна может вызвать сама по себе – и на то есть веские причины.

Изначально шлемы были разработаны для защиты от проникающих предметов, таких как пули и шрапнель, а взрывные волны убивают из-за травм легких задолго до того, как они вызовут даже незначительное повреждение головного мозга.
Однако с появлением бронежилетов легкие солдат стали намного лучше защищены от таких взрывов, чем раньше.

Это привело к тому, что частота травм легких после взрыва упала намного ниже, чем травм головного мозга или позвоночника в современных военных конфликтах, несмотря на разницу в толерантности к взрывам.

Хотя были исследования, которые предполагают, что современные шлемы обеспечивают определенную степень защиты от ударных волн, ни один из применяемых в настоящее время шлемов не был специально разработан для защиты от взрыва.

И поскольку сегодня солдаты, испытывающие ударные волны при ношении бронежилетов, ничем не отличаются от солдат 100 лет назад, испытывающих ударные волны в окопах, Оп’т Эйнде решил посмотреть, преподносят ли эти старые конструкции какие-либо уроки, которые нужно извлечь.
«Насколько нам известно, это исследование является первым, в котором оцениваются защитные возможности этих исторических боевых шлемов от взрывов», – сказал Оп’т Эйнде.
Работая с Кэмероном «Дейлом» Бассом, адъюнкт-профессором биомедицинской инженерии в Duke, Оп’т Эйнде создал систему для проверки характеристик шлемов времен Первой мировой войны из Великобритании / США (Броди), Франции (Адриан), Германии. (Stahlhelm) и текущий боевой вариант США (Advanced Combat Helmet).

Исследователи по очереди надевали на голову манекена разные шлемы, оснащенные датчиками давления, в разных местах. Затем они поместили головку непосредственно под ударную трубку, в которой давление гелием составляло до тех пор, пока стенка мембраны не лопнула, выпуская газ в виде ударной волны. Шлемы были испытаны ударными волнами разной силы, каждая из которых соответствовала разному типу немецкого артиллерийского снаряда, взорвавшемуся с расстояния от одного до пяти метров.
Затем величина давления, испытываемого на макушке головы, сравнивалась с диаграммами риска травм головного мозга, созданными в предыдущих исследованиях.

В то время как все шлемы обеспечивали от пяти до десяти раз снижение риска умеренного мозгового кровотечения, риск для человека, носившего французский шлем «Адриан» 1915 года, был меньше, чем для любого из других протестированных шлемов, включая современный усовершенствованный боевой шлем.

«Результат интригует, потому что французский шлем был изготовлен с использованием тех же материалов, что и его немецкие и британские аналоги, и даже имел более тонкую стенку», – сказал Оп’т Эйнде. «Главное отличие в том, что на короне французского шлема был гребень. Хотя он был разработан для отражения шрапнели, эта функция также может отражать ударные волны.»
Возможно также, что из-за того, что датчик давления был установлен непосредственно под гребнем, гребень обеспечивал дополнительный первый слой для отражения ударной волны.

И французский шлем не показал такого преимущества в датчиках давления ни в одном другом месте. Для таких мест, как уши, производительность, казалось, была продиктована шириной полей шлема и тем, какую часть головы он на самом деле прикрывал.
Что касается современного шлема, Оп’т Эйнде предполагает, что его многослойная структура может иметь важное значение для его характеристик.

Поскольку ударная волна отражается каждый раз, когда сталкивается с новым материалом с другим акустическим импедансом, многослойная структура современного шлема может способствовать его защите от взрыва.
Но независимо от того, какой шлем был протестирован, результаты ясно показали, что шлемы могут играть особенно важную роль в защите от легкой травмы мозга, вызванной взрывом.

По словам исследователей, одно только это открытие показывает важность продолжения этого типа исследований для разработки шлемов, которые могут лучше поглощать ударные волны от ближайших взрывов над головой.
«Различие, которое простой гребень или более широкий край может внести в защиту от взрыва, показывает, насколько важным может быть это направление исследований», – сказал Оп’т Эйнде, который первоначально приехал в Дьюк по стипендии от Бельгийско-американского образовательного фонда, который была основана на средства американской помощи в Бельгии во время Первой мировой войны. «Обладая всеми современными материалами и производственными возможностями, которыми мы обладаем сегодня, мы должны быть в состоянии внести улучшения в конструкцию шлема, которая защищает от взрывных волн лучше, чем шлемы сегодня или 100 лет назад.»