Los cascos de la Primera Guerra Mundial protegen contra las ondas de choque, así como el diseño moderno. El casco francés Adrian sugiere que una geometría simple puede salvar el cerebro de las explosiones aéreas.
Los ingenieros biomédicos de la Universidad de Duke han demostrado que, a pesar de los avances significativos en la protección contra balística e impactos contundentes, los cascos militares modernos no son mejores para proteger el cerebro de las ondas de choque creadas por explosiones cercanas que sus contrapartes de la Primera Guerra Mundial. Y un modelo en particular, el casco francés Adrian, en realidad funcionó mejor que los diseños modernos en la protección contra explosiones aéreas.
La investigación podría ayudar a mejorar la protección contra explosiones de los cascos futuros mediante la elección de diferentes materiales, la estratificación de múltiples materiales de diferente impedancia acústica o la alteración de su geometría.
Prueba de casco de alta velocidad
Un video de alta velocidad de un casco francés de la Primera Guerra Mundial siendo bombardeado por una onda de choque diseñada para imitar una explosión de proyectiles de artillería alemanes a pocos metros de distancia. Crédito: Joost Op ‘t Eynde, Universidad de Duke
Los resultados se publicaron en línea el 13 de febrero de 2020, en la revista PLOS ONE.
"Si bien descubrimos que todos los cascos proporcionaban una cantidad sustancial de protección contra explosiones, nos sorprendió descubrir que los cascos de hace 100 años funcionaban tan bien como los modernos", dijo Joost Op 't Eynde, un Ph de ingeniería biomédica. RE. estudiante de Duke y primer autor del estudio. "De hecho, algunos cascos históricos funcionaron mejor en algunos aspectos".
Los investigadores solo recientemente comenzaron a estudiar el daño cerebral que una onda de choque puede causar por sí sola, y por una buena razón. Los cascos fueron diseñados originalmente para proteger contra objetos penetrantes como balas y metralla, y las ondas de explosión matarán a través del trauma pulmonar mucho antes de que causen incluso un daño cerebral menor.
Con el advenimiento de la armadura corporal, sin embargo, los pulmones de los soldados están mucho más protegidos de tales explosiones de lo que solían estar. Esto ha provocado que la incidencia de trauma pulmonar después de una explosión caiga muy por debajo de las lesiones cerebrales o de la columna vertebral en los conflictos militares modernos, a pesar de la diferencia en la tolerancia a la explosión.
Si bien se han realizado estudios que sugieren que los cascos modernos proporcionan un grado de protección contra las ondas de choque, ningún casco implementado actualmente ha sido diseñado específicamente para la protección contra explosiones. Y debido a que los soldados que hoy experimentan ondas de choque mientras usan armaduras corporales no son tan diferentes de los soldados que hace 100 años experimentaron ondas de choque mientras estaban en las trincheras, Op ‘t Eynde decidió ver si esos diseños antiguos ofrecían alguna lección que aprender.
"Si bien descubrimos que todos los cascos proporcionaban una cantidad sustancial de protección contra explosiones, nos sorprendió descubrir que los cascos de hace 100 años funcionaban tan bien como los modernos". - Joost Op ‘t Eynde
"Este estudio es, según nuestro conocimiento, el primero en evaluar las capacidades protectoras de estos cascos de combate históricos contra explosiones", dijo Op ‘t Eynde.
Trabajando con Cameron "Dale" Bass, profesor asociado de investigación de ingeniería biomédica en Duke, Op 't Eynde creó un sistema para probar el rendimiento de los cascos de la Primera Guerra Mundial del Reino Unido / Estados Unidos (Brodie), Francia (Adrian), Alemania (Stahlhelm) y una variante de combate actual de los Estados Unidos (Casco de combate avanzado).
Los investigadores se turnaron para colocar diferentes cascos en la cabeza de un muñeco equipado con sensores de presión en varios lugares. Luego colocaron la cabeza directamente debajo de un tubo de choque, que se presurizó con helio hasta que estalló una pared de membrana, liberando el gas en una onda de choque. Los cascos fueron probados con ondas de choque de fuerza variable, cada uno correspondiente a un tipo diferente de proyectil de artillería alemán que explotó desde una distancia de uno a cinco metros de distancia.
La cantidad de presión experimentada en la coronilla se comparó con las tablas de riesgo de lesiones cerebrales creadas en estudios anteriores. Si bien todos los cascos proporcionaron una reducción de cinco a diez veces en el riesgo de hemorragia cerebral moderada, el riesgo de que alguien use un casco francés "Adrian" de alrededor de 1915 fue menor que el de cualquiera de los otros cascos probados, incluido el moderno casco de combate avanzado.
Prueba de casco Brodie
Un casco Brodie utilizado por las fuerzas estadounidenses y británicas en la Primera Guerra Mundial recibe una onda de choque para probar qué tan bien protege al muñeco debajo de las explosiones primarias. Crédito: Joost Op ‘t Eynde, Universidad de Duke
"El resultado es intrigante porque el casco francés fue fabricado con materiales similares a sus homólogos alemanes y británicos, e incluso tenía una pared más delgada", dijo Op ‘t Eynde. “La principal diferencia es que el casco francés tenía una cresta en la parte superior de su corona. Si bien fue diseñado para desviar la metralla, esta característica también podría desviar las ondas de choque ".
También podría ser que, debido a que el sensor de presión se montó directamente debajo de la cresta, la cresta proporcionó una primera capa adicional para reflejar la onda de choque. Y el casco francés no mostró la misma ventaja en sensores de presión en ninguna otra ubicación. Para lugares como las orejas, el rendimiento parecía ser Dictado por el ancho del borde del casco y la cantidad de la cabeza que realmente cubre.
En cuanto al casco moderno, Op ‘t Eynde teoriza que su estructura en capas podría ser importante en su rendimiento. Debido a que una onda de choque se refleja cada vez que encuentra un nuevo material con una impedancia acústica diferente, la estructura en capas del casco moderno podría contribuir a su protección contra explosiones.
Pero no importa qué casco se haya probado, los resultados indicaron claramente que los cascos podrían desempeñar un papel especialmente importante en la protección contra el trauma cerebral leve inducido por la explosión. Según los investigadores, este hallazgo solo muestra la importancia de continuar este tipo de investigación para diseñar cascos que puedan absorber mejor las ondas de choque de las explosiones aéreas cercanas.
"La diferencia que una cresta simple o un borde más ancho puede hacer en la protección contra explosiones, muestra cuán importante podría ser esta línea de investigación", dijo Op 't Eynde, quien inicialmente vino a Duke con una beca de la Fundación Educativa Belga Americana, que se estableció con fondos de los esfuerzos de ayuda estadounidenses en Bélgica durante la Primera Guerra Mundial. "Con todos los materiales modernos y las capacidades de fabricación que poseemos hoy en día, deberíamos poder realizar mejoras en el diseño del casco que proteja de las olas explosivas mejor que los cascos actuales o 100 hace años que."
Referencia: “Protección primaria contra la onda expansiva en el diseño del casco de combate: una comparación histórica entre el presente y la Primera Guerra Mundial” por Joost Op 't Eynde, Allen W. Yu, Christopher P. Eckersley y Cameron R. Bass, 13 de febrero de 2020, PLOS UNO.
DOI: 10.1371 / journal.pone.0228802
https://scitechdaily.com/shocking-resul ... sPRq2fyFLE