Dołącz do czytelników
Brak wyników

Głowa pod specjalnym nadzorem

Artykuł | 13 czerwca 2019 | NR 31
285

Na początku był korek. Dżentelmeni podróżujący do gorących krajów zaopatrywali się w kaski korkowe, żeby lekkie, nienasiąkające skorupy chroniły ich przed tropikalnym słońcem i po upadku np. ze słonia. Korek ma puste przestrzenie, które w wyniku  kompresji materiału spowalniają przyspieszenia podczas uderzenia i tym samym chronią zawartość czaszki delikwenta. 

Motocykliści, polegając na kaszkietach i pilotkach – ciasnych skórzanych czepkach – długo kontestowali tak niemęskie założenie jak ochrona głowy. Jednak jeszcze przed wojną rozpowszechniły się kaski z twardszą skórzaną osłoną i tak zwane krzyżowe, z wypełnionymi włosiem wałkami skórzanymi. Później były metalowe wynalazki z umieszczoną pod skorupą elastyczną, sznurowaną uprzężą. Wreszcie nasączane żywicą skorupy opierano na korkowych elementach, aż w latach 50. ubiegłego wieku pojawiły się kaski Cromwel – orzeszki z tworzyw sztucznych na skórzanych pilotkach. Rowerzyści wymagali jednak nie tylko ochrony jak w czołgu, ale także lekkości i wentylacji. Założenia te spełniały kaski ze skórzanych wałków połączonych paskami. Wiem z autopsji, że w ten sposób bawiono się w Polsce aż do lat 80. W świecie zachodnim w 1975 r. pojawił się Bell Biker – styropianowy kask z otworami wentylacyjnymi w sztywnej skorupie. Był niesamowicie nowatorski.

Do dziś znakomita większość rowerowych kasków zbudowana jest według tych samych pryncypiów co Bell Biker: pochłaniająca energię uderzenia, wykonana z ekspandowanego polistyrenu skorupa, w celu przeciwdziałania penetracji ostrych obiektów pokryta cienką warstewką plastiku. Jednym z powodów jest fakt, że w czasach powstania kasku Bell Biker sformułowano także – wciąż obowiązujące i niezmienione do dzisiaj – normy bezpieczeństwa. My jednak jeździmy czy latamy szybciej i więcej, w związku z tym coraz mocniej upadamy. Ewolucja kasku musi temu sprostać i ostatnio dużo się w tej materii dzieje. Choć dialog między konkurentami robi się coraz to bardziej ognisty, to w jednym oponenci są zgodni: normy są złe, a technologia umożliwia lepsze zabezpieczenie zawartości czaszki.

 

MIPS


Najnowsze normy bezpieczeństwa kasków definiują wyłącznie uderzenia bez przemieszczeń i rotacji. Szwedzcy naukowcy związani z MIPS udowodnili zależność między obrażeniami a kątowym uderzeniem głową w przeszkodę i wykazali, że to właśnie uderzenia wywołujące rotację są najniebezpieczniejsze. Jak przekonuje Peter Halldin, szef pionu technologicznego w MIPS: „Mózg jest bardziej wrażliwy na przemieszczanie obrotowe niż liniowe. Ta żelowata struktura o konsystencji masła przy przemieszczeniach liniowych nie deformuje się tak bardzo jak w sytuacji, w której dochodzi do obrotu czaszki, ponieważ mózg nie ślizga się, podążając za tym ruchem, i dochodzi do poważnych deformacji”. Jak dodaje Chris Pietrzak, szef działu innowacji MIPS, ich system redukuje ruch obrotowy w zakresie 10–15 mm bez względu na kierunek rotacji. Obecnie istnieją cztery rodzaje systemu, a szwedzcy wynalazcy ściśle współpracują z producentami kasków i każda z wersji jest indywidualnie dopasowywana do konkretnej skorupy. Uwzględniany jest rozmiar, wielkość i kształt. Już 46 marek kasków rowerowych ma w swojej ofercie produkty z systemem MIPS, a kilka, jak Specialized, polega na nim we wszystkich swoich modelach. Ale to nie jest jedyne pole rozwoju technologii w kaskach.

Koroyd


Koroyd to specjalna struktura przypominająca plaster miodu albo dokładniej pęk sklejonych słomek do picia. Podobne struktury wytwarzane przez naturę są lekkie i bardzo wytrzymałe – ludzie od jakiegoś czasu wykorzystują podobnie skonstruowane materiały do budowy elementów rakiet kosmicznych, bolidów F1, opakowań, a nawet mebli. Zlokalizowana w Monaco firma rozwija Koroyd Helmet Safety Initiative – grupę współpracującą nad poprawą bezpieczeństwa, ponieważ na podstawie własnych badań stwierdza ona, że obowiązujące w branży normy bezpieczeństwa dopuszczają produkty, które z dużym prawdopodobieństwem mogą prowadzić nawet do złamań kości czaszki. Obecnie rowerowe kaski ze strukturą Koroyd produkuje Endura i Smith. Doktor Priya Prasad, którego badania uwzględniane są przez NCAP, mówi: „Od 40 lat zbieram dane opisujące wypadki dla branży samochodowej i rozwijam systemy bezpieczeństwa. W wypadku standardów europejskich dopuszczalne opóźnienie wynosi 250 g, a normy amerykańskie dopuszczają opóźnienie nawet 300 g [chodzi o liczbę g oznaczającą przyspieszenie ziemskie – przyp. red.]. Przy takich przeciążeniach ryzyko złamań kości czaszki dla rowerowego kasku spełniającego normy europejskie wynosi 40%, a w wypadku amerykańskich – aż 79%”. Zgodnie z krzywą Prasada-Mertza, opisującą możliwość wystąpienia traumatycznych uszkodzeń mózgu, współczynnik HIC (na koroyd.com warto przeczytać, o co w tym chodzi) na poziomie 2400 określa górną granicę normy europejskiej. Liczba ta nie wygląda groźnie tylko do czasu, gdy uświadomimy sobie, że w 97% przy padków oznacza powstanie poważnych obrażeń mózgu, z czego ryzyko śmierci szacowane jest na 77%. Podsumowując kask spełnia normę, ale tylko 23% ofiar nie umrze lub nie zakończy życia jako warzywo. Na podstawie własnych badań firma produkująca Koroyd twierdzi, że ich materiał bez zwiększenia grubości materiału względem np. EPS, z którego w większości wykonuje się kaski rowerowe, może zmniejszyć to opóźnienie o 25–30%, a parametr HIC zredukować aż do poziomu 57%. Zastosowanie tego materiału jest w stanie zmniejszyć ryzyko złamań kości czaszki oraz uszkodzeń mózgu do 5% przypadków. Przedstawione wyniki nie są zweryfikowane przez niezależne ośrodki badawcze, ale logika podpowiada, że pokazują prawdziwą tendencję, bowiem w przeciwnym razie konkurencja zmiażdżyłaby je. Skąd wiem? MIPS nie rzucił się do gardła producentowi struktury Koroyd, tylko innej firmie, wprowadzającej na rynek produkt mający redukować zagrożenie wstrząsem mózgu aż „o 48 razy”. W związku z oświadczeniem firmy Bontrager MIPS praktycznie od razu wystosował taki oto list: „Bontrager, podkreślając efektywność swojej technologii, twierdzi, że »chroni ona przed wstrząsem mózgu nawet 48 razy skuteczniej« niż zwykły kask z pianki EPS. Co więcej, Bontrager twierdzi, że »zastosowanie technologii WaveCel redukuje [prawdopodobieństwo wystąpienia wstrząsu mózgu] do poziomu 1,2%« oraz podaje na stronach internetowych Bontrager, że »w 99 ze 100 przypadków WaveCel zapobiega wstrząsowi mózgu«. Zdaniem MIPS, powyższe twierdzenia są bezpodstawne, ponieważ każdy wypadek, podobnie jak każdy człowiek, jest inny. Niemniej siłę skrętną można obiektywnie zmierzyć, stąd MIPS skoncentrował się na jej pomiarach i wynikach testów. MIPS przetestował kaski z wykorzystaniem standardowych metod, badając ich działanie przy uderzeniach ukośnych (pod kątem) z wykorzystaniem takiej samej procedury, jaką stosuje WaveCel. Testy przy prędkości 4,8 m/s nie wykazały żadnego spadku prawdopodobieństwa obrażeń między kaskami wyposażonymi w technologię WaveCel a kaskami z pianką EPS. Różnica wystąpiła przy uderzeniu z prędkością 6,2 m/s, 
ale była nieznaczna, o wiele niższa od deklarowanej. Jedną z przyczyn tak odmiennych wyników testów może być stosowanie przez WaveCel manekina z szyją zwaną Hybrid III (»Bliven« [1]). Zasadność stosowania tego typu manekina w testach kasków została już wcześniej poddana w wątpliwość, stąd Hybrid III nie jest wykorzystywany w procedurach testowych Virginia Tech, MIPS ani FIM [Fédération Internationale de Motocyclisme]. Hybrid III powstał z myślą o testach zderzeniowych samochodów. Manekin nie został opracowany ani zwalidowany pod kątem testów ściskania, na których oparte jest badanie Bliven. Kilka niezależnych badań potwierdza, że szyja manekina Hybrid III jest zbyt sztywna [2–4]. Pozwala to podważyć warunki testów Bliven i tłumaczy, dlaczego MIPS, chcąc zachować zgodność ze standardami branżowymi, nie korzystał z manekina Hybrid III”.

WaveCel


Bontrager odważnie oświadcza, że dzięki technologii WaveCel ryzyko wstrząśnienia mózgu jest mniejsze o 48 razy. To mniej więcej tak, jakby powiedzieć konkurentom: „Słuchajcie, waszych kasków możecie używać sobie do termomodernizacji, ale do ochrony mózgu nadają się jak wiadro po farbie”. I właściwie trudno się dziwić, że potomkowie tak wojowniczej nacji jak Szwedzi, którzy najpierw na pokładach wikińskich okrętów łupili plemiona zamieszkujące Europę, a w XVII wieku przez niemal pół stulecia rabowali i palili Rzeczpospolitą, nie pozostali obojętni na takie wyzwanie.
WaveCel wykorzystuje poślizgową wyściółkę, mającą w razie uderzenia uruchomić rotację skorupy na czaszce, oraz strukturę przestrzenną, która w założeniu ma absorbować uderzenia, składając się podobnie jak struktura Koroyd. W odróżnieniu od tego ostatniego – nie tylko w płaszczyźnie czołowej, także z uwzględnieniem rotacji. Bontrager nie jest początkującą marką, wytoczył ciężkie działa, ale i zabezpieczył się, przeprowadzając testy w laboratorium HIT (Helmet Impact Testing) w zakładzie Portland Biomechanics Laboratory. W opracowaniu Evaluation of a novel bicycle helmet concept in oblique impact testing autorstwa Emily Bliven, Alexandra Rouhiera, Stanleya Tsaia, Rémy’ego Willingera, Nicolasa Bourdeta, Caroline Deck, Stevena M. Madeya i Michaela Bottlanga stwierdzono, że naukowcy z Virginia Tech zastosowali te same procedury i modele testowe, jakie odzwierciedlają testy CPSC prowadzone od 1998 roku. 
Rzeczywiście zdecydowano się zastosować inny model szyi i głowy (Hybrid III) z nałożoną warstwą pończochy dla lepszego odwzorowania poślizgu, jaki daje głowa (model Hybrid III jest pokryty przyczepnym silikonem). Różni się on od modelu używanego do badań ISO, ale badacze powołują się na prace zespołów Rémy’ego Willingera i Coriny Klug, mówiące, że użyty przez nich manekin lepiej oddaje rzeczywisty obraz głowy i szyi. W odróżnieniu od testów CPSC oprócz prędkości testowano uderzenia pod kątem (30°, 45° i 60°) dla bardziej realistycznego odwzorowania upadku rowerzysty. W testach użyto seryjnych kasków o tym samym kształcie skorupy, ale w trzech rodzajach: w pierwszym – zwykłej wersji z EPS, w drugim znalazł się ten sam kask, lecz w wersji z MIPS, a w trzecim kolejna odmiana tego samego modelu z zaimplementowaną technologią WaveCel. Łącznie zniszczono 60 kasków. Zgodnie z wynikami przedstawionymi w Evaluation of a novel bicycle helmet concept in oblique impact testing w próbie z prędkością opadania 6,2 m/s na kowadło 45° kask z MIPS zmniejszył przyśpieszenie obrotowe o 22%, a kask WaveCel – aż o 73% względem tego samego modelu bez wspomnianych technologii.

 

ANGi


Zupełnie inne podejście reprezentuje system ANGi. Ten system nie zapobiega obrażeniom, tylko wspiera samotnie jeżdżących kolarzy, którzy w wyniku wypadku nie mogą samodzielnie wezwać pomocy. System, przejęty wraz z firmą ICEdot, składa się z czujnika przeciążeń i aplikacji, która w razie wykrycia szczególnie mocnego uderzenia wzbudza alarm. Jeśli stosujący ANGi go nie odwoła, aplikacja poinformuje (wyśle SMS) do wyznaczonego wcześniej „anioła stróża” o tym, że użytkownik doznał wypadku i w domyśle jest nieprzytomny. „Anioł” jest odpowiedzialny za ewentualne powiadomienie służb ratunkowych. Ułatwieniem jest dodatkowa funkcja ANGi, czyli raportowanie aktualnej lokalizacji jadącego wskazanemu w aplikacji „aniołowi”. Także w wypadku utraty zasięgu komórkowego system nie pozostaje bezradny. Użytkownik, włączając aplikację, może ustawić przypuszczalny czas powrotu i po jego przekroczeniu aplikacja zaalarmuje „anioła”, choć podanie dokładnej pozycji poszkodowanego nie będzie możliwe.

Wnioski


W związku z powyższym teza o rozwoju technologii chroniących rowerzystę, którą przywołałem na początku, wydaje się słuszna. Każda z nich sprzyja zmniejszeniu ryzyka. Pojawienie się ANGi wskazuje, że produkcja idealnej skorupy to niejedyny kierunek ewolucji idealnego kasku. Technologia ta zdecydowanie poprawia bezpieczeństwo użytkownika – i piszę to jako uczestnik kraksy, który przez kilka godzin leżał na szlaku nieprzytomny. Szczęśliwie tylko straciłem przytomność, po jej odzyskaniu sam wstałem i ruszyłem do cywilizacji i jestem wdzięczny moim ówczesnym „aniołom stróżom”, którzy pomogli w dotarciu do szpitala (Maciek Grabek – jeszcze raz dziękuję). Z ANGi byłbym samodzielniejszy.
Żeby móc realnie ocenić, które z trzech pozostałych rozwiązań jest optymalne, potrzeba jednolitej procedury testowej uwzględniającej najnowsze zdobycze naukowe, a należy przeprowadzić je w niezależnym ośrodku badawczym. Wnikając w szczegóły prezentowanych przez MIPS czy WaveCel badań, można dostrzec, że są one realizowane przez naukowców którzy stoją za technologiami, które są monetyzowane przez konkretne marki. A każda pliszka swój ogonek chwali. Jednocześnie zwraca uwagę, jak bardzo wyspecjalizowane są metody ośrodków badawczych i jak wielką rolę odgrywają pracujący nad nimi naukowcy. Wydaje się trudne czy wręcz niemożliwe rozdzielenie konkretnych naukowców i opracowanej przez nich aparatury pomiarowej od produktów, które testują. Chęć sprawdzenia konkurencji zgodnie ze szwedzką metodologią wydaje się mało politycznie poprawna, ale nie o błogostan tu chodzi, tylko o zdrowie, a nawet życie ludzi. Dlatego uważam, że naukowcy powinni stanąć „w prawdzie”, wspólnie dopracować metody badawcze i zlecić ich przeprowadzenie niezależnemu od producentów ośrodkowi badawczemu. Naiwne? Ale konieczne. Jak na razie klient do dyspozycji ma jedynie zdrowy rozsądek. My też nie jesteśmy w stanie odnieść się do stopnia bezpieczeństwa ani wyników badań żadnej z firm, jednak przeprowadziliśmy testy konsumenckie produktów i na ich podstawie jesteśmy w stanie powiedzieć, jak poza walorami bezpieczeństwa sprawują się w praktyce kaski ze wspomnianymi powyżej technologiami. Przerzuć kartkę. 


BIBLIOGRAFIA:


1. Bliven E., Rouhier A., Tsai S., Willinger R., Bourdet N., Deck C., Madeya S.M., Bottlang M., Evaluation of a novelbicycle helmet concept in oblique impact testing, „Accident Analysis & Prevention” 2019, t. 124, s. 58–65.
2. Herbst B., Forrest S., Cheng D., Fidelity of anthropometric test dummy necks in rollover accidents, Biomechanics Institute. United States, Paper Number 98-S9-W-20.
3. Sances A.J., Carlin F., Kumaresan S., Biomechanical analysis of head-neck force in Hybrid III dummy duringinverted vertical drops, „Biomed. Sci. Instrum” 2002, t. 38, s. 459–464.
4. Toomey D.E., Yang K.H., Van Ee C.A., The Hybrid III Upper and Lower Neck Response in Compressive Loading Scenarios with Known Human Injury Outcomes, „Traffic Injury Prevention” 2014, t. 15, s. S223–S230.

Przypisy