材料的几何结构设计打造更安全的自行车头盔

自行车头盔对于保护骑行者免受头部伤害十分重要，但传统设计在冲击能量吸收和贴合度方面存在局限性。瑞典哥德堡大学和伊朗伊斯法罕大学的研究人员设计了一款自行车头盔，其吸能材料利用了被称为拉胀超结构的特殊构造。该材料设计成特殊的几何图案，在冲击条件下表现与传统泡沫内衬不同。

"当受到冲击能量时，内衬材料会收缩，这改善了冲击能量的吸收能力，意味着在事故中骑行者头部受伤的风险更低，"哥德堡大学材料力学与物理学副教授 Mohsen Mirkhalaf 解释道。

几何结构是关键

这项发表在《国际固体与结构杂志》上的研究，结合了已知的拉胀超结构知识、计算机模拟和优化技术，以开发出更安全的自行车头盔。

"我们采用了一种特定的设计优化方法，以确定最佳的几何构型，从而最大限度地减少碰撞力。材料结构的几何形状是一个关键因素，" Mohsen Mirkhalaf 表示。

最终，这款新头盔的防护层通过3D打印机打印出来进行测试。所选材料是一种塑料——超弹性聚合物，它能承受显著的变形并恢复原状。针对新头盔进行的两种不同类型冲击的标准测试表明，它能为头部提供更好的保护。

可定制化特性

"关于拉伸时横向膨胀的拉胀超结构知识已存在近40年。然而，随着3D打印技术的进步，各种超结构的发展呈现爆炸性增长，" Mohsen Mirkhalaf 说。

这款新头盔设计不仅提供更好的保护，而且更轻便，其拉胀内衬还可以使用3D打印技术根据个人头型进行定制。这对专业运动员或难以找到舒适头盔的人来说非常有益。

这项研究是迈向更智能防护装备的一步，其最终用途可能不仅限于骑行，还可应用于其他需要抗冲击防护的领域。

"随着进一步发展，这项技术可能催生新一代更安全、更舒适、更具可定制性的自行车头盔。尽管目前3D打印技术比大批量生产的泡沫内衬更昂贵，但随着技术的广泛应用，成本预计会下降。未来，甚至有可能按需打印个性化头盔，确保每位骑行者都能获得最佳保护。"