Trek 的新款自行车头盔模仿大脑的保护液

骑自行车提供了几乎无穷无尽的与装备相关的主题可供研究，例如车架、部件，甚至服装，这些服装可能基于莱卡，也可能不基于莱卡。不幸的是，对于狂热骑行者来说，头盔通常没有提供同样的产品兔子洞——你买它是因为如果你摔倒，你不想在街上撞到你的脑袋，而大多数头盔几乎都是以同样的方式做到这一点的。

然而，在过去的几十年里，研究人员开始更好地了解头部损伤（尤其是脑震荡）是如何发生的。与此同时，头盔公司利用这些新知识进行创新，创建的模型不仅仅考虑跌倒时简单地撞击柏油路面的情况。最新推出的是自行车巨头 Trek 推出的一套新头盔，采用他们称之为 WaveCel 的技术。关键部件是一个蜂窝状内衬，与其竞争对手不同，它能吸收旋转能量，而旋转能量是造成危险脑震荡的主要原因。新头盔有四种设计，价格从最便宜的 Charge WaveCel 通勤头盔和 Specter WaveCel 公路头盔（售价 150 美元）到最昂贵的 WaveCel 公路头盔和 Blaze WaveCel 山地车头盔（售价 300 美元）不等。

吸收能量

大多数消费者头盔都通过一种轻质而坚硬的绝缘泡沫（称为发泡聚苯乙烯，简称 EPS）来防止受伤。这项技术于 20 世纪 60 年代末应用于头盔，自那时起就一直很流行。事实上，这种泡沫类似于你在典型的泡沫塑料冷却器或爆米花包装中看到的泡沫，但质量要高得多。

如果您在骑自行车时头部撞到坚硬的东西，则可以通过将冲击力从头骨的任何一个区域转移和重定向来减少冲击头骨的能量。您移动或改变冲击力方向的次数越多，冲击力就越有可能尽可能均匀地分布。如果操作正确，这种方法可以很好地防止跌倒时可能造成的头骨破裂。

但泡沫头盔远非完美。事实上，它们通常被用作一种“一次性”技术。发生碰撞时，外壳会破裂，EPS 泡沫会为您承受毁灭性的​​打击。此外，内部的泡沫要么无法反弹，要么无法判断其损坏程度。因此，头盔只能为您提供一次头部保护性打击。

近年来，研究人员还发现，简单地在撞击点分散能量并不是预防脑震荡的最理想方法。EPS 头盔主要以线性方向吸收能量。但这并不是人们从自行车上摔下来的原因。相反，通常的情况是他们的头部会转动和旋转，这种旋转式脑震荡是最危险的：在大脑内部，脑脊液（通常是大脑的天然缓冲）会移动，让你的脑袋在不受保护的情况下摇晃，刺激并可能损伤里面脆弱的神经。

2001 年，瑞典皇家理工学院的研究人员发明了一项名为 MIPS 的技术，这是多向冲击保护系统的缩写。简单来说，MIPS 技术充当了一层临时保护层，类似于人体的天然脑脊液。MIPS 不会像泡沫头盔那样减少直接或线性力的影响，而是会改变角度冲击产生的旋转力的影响。MIPS 本质上是一种薄衬垫。当放置在它和头盔的硬壳之间时，它会形成一层低摩擦层，使头盔可以像人体的天然液体缓冲层一样来回滑动。

事实证明这一点至关重要。研究人员发现，倾斜撞击对大脑的伤害远大于直接线性撞击。Trek 声称其新款自行车头盔将这项技术更进一步。使用传统的 MIPS（和 EPS 泡沫），头盔通过重新分配传入的能量来减轻冲击力。这可以很好地防止头骨（和大脑）的任何一个区域受到大部分冲击力，但仍然将大部分能量放在头部。相反，Trek 试图制造一种类似 MIPS 的滑动插入物，它可以吸收旋转能量，而不仅仅是重新分配它。他们的新款内衬——称为 WaveCel——通过独特的蜂窝设计实现了这一点，该设计有两个阶段的旋转能量吸收。

两种能量吸收方式

起初，WaveCel 内衬的工作原理与 MIPS 非常相似。它通过低摩擦表面在 EPS 头盔内自由移动。但 Trek 团队发现，当跌倒达到一定的高能量冲击时，内衬和 EPS 头盔之间开始产生摩擦。最终，阻力大到内衬无法再转移旋转能量。从本质上讲，头盔会卡住，过多的能量开始传到大脑。“我们意识到，负载变得太高，最终会产生足够的摩擦力，导致头盔各层卡住，”Trek 研发工程师 Tony White 说道。一旦达到该点，WaveCel 的新技术就会在摩擦力开始累积时通过旋转吸收能量来防止摩擦力累积。

它通过一种非常巧妙的物理概念“剪切”来实现所有这些。一旦摩擦力开始形成，构成 WaveCel 滑轨的材料就会平行但相反地移动。这确保了摩擦力永远不会形成。你可以把它想象成一副牌。如果所有的牌都粘在一起，并且你对牌施加了足够的直接和成角度的力，你就会开始在牌上形成一个凹痕。但在典型的牌堆中，没有牌粘在一起，当你施加力时，这些牌会来回滑动，不会产生摩擦或凹痕。

换句话说，随着能量负荷的增加，就像自行车撞击头部时一样，滑行越来越难保持，嗯，滑行。但是使用 WaveCel，随着能量负荷不断增加，新技术将继续滑动、压缩和剪切，因此即使在更高水平的能量冲击下，您仍将继续看到这种好处。

这种独特的剪切能力源于 WaveCel 的滑动设计。与蜂窝状结构类似，它的横截面为三角形，而不是垂直向下的直壁。“这使得它能够可靠地挤压，并且在施加负载时还允许它向侧面剪切，”White 说道。

WaveCel 的优势

无论 WaveCel 技术有多酷，真正的问题是它与标准 EPS 泡沫头盔和 MIPS 相比表现如何。在去年 12 月发表在《事故分析与预防》杂志上的一项研究中，作者（其中一些是 WaveCel 技术的共同发明人）在包括直接线性加速度、旋转加速度和旋转速度在内的多种不同场景下，将标准 EPS 头盔（作为对照）与 WaveCel 头盔和采用 MIPS 技术的头盔进行了比较。（当然，所有这些都使用模拟来模仿真实的碰撞场景。）

MIPS 和 WaveCel 防滑垫均能降低线性加速度和旋转加速度的影响。虽然从未直接比较过它们，只与 EPS 泡沫控制垫进行比较，但 MIPS 和 WaveCel 技术的表现均优于标准泡沫头盔，但线性加速度除外，MIPS 技术的表现并不比控制垫好。

Trek 通过自己的测试声称，其新款头盔在预防常见骑行事故造成的脑震荡方面比标准 EPS 泡沫高出 48 倍。独立研究尚未完成，其中没有任何作者与任何技术有关，MIPS 和新款 WaveCel 类型之间的独立直接比较也尚未完成。

然而，弗吉尼亚理工大学头盔测试小组进行了外部测试，该小组是一个独立机构，为包括休闲骑行在内的许多不同运动的头盔提供公正的消费者评级系统，测试了头盔的整体生物力学性能，本质上就是它降低受伤风险的整体能力。

“我们在实验室中进行这些测试，但测试基于骑车者在现实世界中头部受到的撞击情况，”弗吉尼亚理工大学的研究生兼研究助理 Megan Bland 说道，她帮助开发了该校的头盔评级系统。“我们发现这款头盔在我们的评级系统中获得了五颗星，这是最高分。”她说，与我们不同的是，许多评级系统只测试线性冲击，不测试角度冲击。然而，正是这种角度冲击有可能导致脑震荡。Bland 表示，特别是在过去几年中，我们对导致脑震荡和其他脑损伤的因素有了更好的了解，同样，她说，在实验室中，我们学会了如何更真实地模拟和研究这些冲击。“我们现在知道旋转力是导致脑震荡的一个重要因素。所以现在我们知道了，我们可以将其纳入我们的测试中。”

布兰德表示，所有这些信息都是对运动员（特别是足球运动员）进行大约七年的研究的结果，他们收集了头部撞击数据并将其与伤害诊断进行比较，以准确查明哪些类型的头部撞击会导致哪些头部伤害，最重要的是，各种新技术进步（如 MIPS 和 WaveCel 头盔）如何能够最好地预防这些伤害。

随着更多研究的出现，研究人员和公司可以继续调整他们的技术，使其更加安全。而更多地了解大脑的工作原理也会有所帮助。毕竟，这些新技术进步实际上只是模仿——并略微增强——我们大脑自身的防御机制。