一战时期的头盔和现代设计的头盔一样能抵御冲击波

杜克大学的医学工程师已经证明，尽管现代军用头盔在抵御弹道和钝器撞击方面取得了重大进步，但在保护大脑免受附近爆炸产生的冲击波方面，它们并不比一战时期的头盔更好。其中一种特别的型号，法国的阿德里安头盔，实际上在防止头顶爆炸方面比现代设计更好。

这项研究可以帮助改善爆炸保障未来头盔通过选择不同的材料，将不同声阻抗的多种材料分层，或改变其几何形状。

该研究结果于2月13日发表在该杂志的网络版上《公共科学图书馆•综合》．

杜克大学生物医学工程博士生、该研究的第一作者Joost Op 't Eynde说:“虽然我们发现所有的头盔都能提供大量的防爆炸保护，但我们惊讶地发现，100年前的头盔的性能与现代头盔一样好。”“的确，一些历史头盔在某些方面表现得更好。”

研究人员最近才开始研究脑损伤冲击波本身也可以产生冲击波，这是有原因的。头盔最初是为了防止子弹和弹片等穿透性物体而设计的，冲击波在造成轻微的脑损伤之前，就会通过肺部创伤致死。

然而，随着防弹衣的出现，士兵的肺部比以前更能抵御这种爆炸。这使得在现代军事冲突中，尽管爆炸耐受力不同，但爆炸后肺部损伤的发生率远远低于脑或脊柱损伤。

虽然有研究表明，现代头盔提供了一定程度的保护冲击波在美国，目前部署的头盔都不是专门为防爆设计的。由于今天穿着防弹衣的士兵在经历冲击波时，与100年前在战壕中经历冲击波的士兵没有太大区别，欧普特埃恩德决定看看这些古老的设计是否有什么值得借鉴的教训。

“据我们所知，这项研究是第一次评估这些历史上的战斗头盔对爆炸的保护能力，”Op 't Eynde说。

Op 't Eynde与杜克大学生物医学工程副教授Cameron“Dale”Bass合作，创建了一个系统来测试来自英国/美国(Brodie)、法国(Adrian)、德国(Stahlhelm)和当前美国战斗变种(Advanced combat Helmet)的一战头盔的性能。

研究人员轮流将不同的头盔戴在假人的头上，在不同的位置安装了压力传感器。然后，他们把头部直接放在激波管下面，激波管用氦气加压，直到膜壁破裂，释放出激波中的气体。头盔用不同强度的冲击波进行了测试，每一种冲击波都对应于一种不同类型的德国炮弹从1到5米远的地方爆炸。

然后，研究人员将头顶所受的压力与之前研究中创建的脑损伤风险图表进行了比较。虽然所有的头盔都能将中度脑出血的风险降低五到十倍，但佩戴1915年左右的法国“阿德里安”头盔的人的风险比其他任何头盔都要低，包括现代先进的战斗头盔。

“结果很有趣，因为法国头盔的制造材料与德国和英国头盔相似，甚至有更薄的墙壁，”欧普特·埃恩德说。“主要的区别是，法国头盔的顶部有一个徽章。虽然它的设计是为了偏转弹片，但这一功能也可能会偏转冲击波。”

T也可能是由于压力传感器安装在波峰的正下方，波峰提供了一个额外的第一层来反射冲击波。法国头盔的压力传感器在其他任何地方都没有表现出同样的优势。对于耳朵等部位，头盔的性能似乎取决于头盔边缘的宽度以及它实际覆盖的头部面积。

至于现代头盔，Op 't Eynde认为它的分层结构可能对它的性能很重要。由于冲击波每次遇到具有不同声阻抗的新材料时都会被反射，现代头盔的分层结构可能有助于它的爆炸保护。

但无论测试的是哪一种头盔，结果清楚地表明，头盔可能在预防轻度爆炸引起的脑损伤方面发挥着特别重要的作用。根据研究人员的说法，这一发现本身就表明了继续进行这类研究的重要性，以设计出能够更好地吸收附近头顶爆炸冲击波的头盔。

“一个简单的头冠或更宽的边缘在防爆方面所产生的差异，表明了这一研究方向的重要性，”欧普特·埃恩德说。他最初是靠比利时裔美国人教育基金会(Belgian - American Educational Foundation)的奖学金来到杜克大学的，该基金会是用第一次世界大战期间美国在比利时的救援工作筹集的资金建立的。“凭借我们今天拥有的所有现代材料和制造能力，我们应该能够改进头盔设计，比今天或100年前的头盔更好地防止爆炸冲击波。”