Вы когда-нибудь смешивали кукурузный крахмал и воду вместе, чтобы получить «гниль»? Когда вы крепко сжимаете смесь в кулак, это делает жесткий шар. Но когда вы ослабляете свою хватку, она капает, как жидкость. Это типичный пример «жидкости для сгущения при сдвиге», материала, вязкость которого увеличивается под действием напряжения.
Некоторые ученые считают, что жидкости для сгущения при сдвиге могут быть следующей важной вещью, когда речь идет о профилактике травм и реабилитации. Материалы на основе этих жидкостей могут помочь предотвратить сотрясение мозга, травмы шеи и искривление лодыжек; служить защитным бронежилетом в военных условиях; и создать новые устройства для реабилитации.
В научно-исследовательской лаборатории армии США (ARL) в Абердине, штат Мэриленд, Эрик Ветцель изучал жидкости для сгущения при сдвиге в течение последних 15 лет и имеет патенты на несколько методов и продуктов. Первоначально он пропитывал кевлар жидкостью для сгущения при сдвиге, чтобы сделать более тонкую и гибкую бронежилет. Теперь он понял, как заключать жидкости в гибкий ремень. Аккуратно потяните за ремешок, и он растянется как упругий. Потяните его быстро, и он застынет и зафиксируется. Эта технология, которую Ветцель называет «ремнями RAT» (для «активирующих скорость тросов»), может быть полезна в ряде областей, от военных до профессиональной легкой атлетики до дома.
«То, что эти ремни дают вам возможность делать, - это позволять человеку двигаться с обычной скоростью, но когда происходит что-то действительно сильное, они бьют и оказывают сопротивление», - говорит Ветцель.
В течение последних нескольких лет Ветцель работал с НФЛ над разработкой системы ремней RAT, чтобы удерживать шлемы на месте и помогать предотвращать травмы головы. Он и его команда создали в лаборатории платформу, напоминающую условия игрового поля НФЛ, и подвергли манекена для краш-теста в шлеме многократному моделированию снастей. При ношении шлема, прикрепленного к его телу, с привязными ремнями, спускающимися с шеи до верхней части спины, максимальное ускорение, испытываемое головой манекена, снижалось на 50 процентов. Это может быть разница между небольшим ударом и серьезным сотрясением мозга.
Ветцель ожидает, что в ближайшие два месяца будут готовы рабочие прототипы привязных шлемов, после чего он и его команда начнут тестирование пользователей, сначала просто заставив людей носить шлемы, чтобы сообщить о своих чувствах, а затем перейти к реальной борьбе. Если тесты пройдут успешно, самыми ранними пользователями, скорее всего, будут спортсмены средней школы, а не профессионалы.
«Игроки НФЛ не наденут ничего, что хоть немного мешает скорости или ловкости», - говорит Ветцель. «Они не будут ранними последователями».
Носоподобный бандаж на лодыжке с использованием сгущающей жидкости для сдвига (GoXStudio) Одежда и подтяжки, содержащие сгущающую жидкость, могут защитить другие части тела, такие как лодыжка или колено. Это особенно важно для солдат.
«Если вы посмотрите на основные причины потери времени для солдат, то, как правило, их не застрелят; на самом деле самое распространенное - это когда кто-то выкрутил колено, выбросил спину, повредил шею », - говорит Ветцель. «Это не удивительно, потому что они носят 100 фунтов на спине, бегают по пересеченной местности, иногда ночью».
Около пяти лет назад, Ветцель встретились с исследователями из оборонных научно-исследовательских проектов (DARPA), которые были заинтересованы в технологиях, чтобы уменьшить эти виды травм опорно-двигательного аппарата. Десантники подвергаются особенно высокому риску травм лодыжки, так как они падают на землю на высоких скоростях. Команда DARPA работала над жесткой связкой лодыжки оболочки, чтобы принять удар. Это сработало, но десантники не могли на нем бегать.
Поэтому Ветцель разработал прототип бандажа с использованием загущающей жидкости в ткани. Это была оригинальная технология ремней RAT. Теперь один из исследователей DARPA, с которым встречался Ветцель, подполковник Джо Хитт, покинул армию и основал компанию по изготовлению фигурных скобок на основе работы Ветцеля.
Одной из основных причин растяжения связок голеностопного сустава является замедленное время реакции, которое сопровождается усталостью или неожиданностью.
«Ваша лодыжка начинает вращаться, и вы не понимаете этого достаточно быстро», - говорит Ветцель. «Лодыжка на самом деле просто должна замедлить вращение, чтобы дать мозгу время наверстать упущенное».
Фиксатор голеностопного сустава на основе сгущающей жидкости может двигаться вместе с телом, как неопреновый носок. Но когда лодыжка начинает сильно поворачиваться, жидкость застывает.
В штате Теннесси владелец бизнеса и ветеран армии Расс Хаббард превращает ремни RAT от Wetzel в устройства для физической реабилитации. Длинные резинки обычно используются для растяжения и сопротивления в физиотерапии. Хаббард делает полосы, заполненные сгущающей жидкостью. Чем сильнее вы их тянете, тем крепче они становятся. И когда вы отпустите, нет никакого отскока. Это означает, что для пациентов безопасно тянуть ленты так сильно, как они могут, не опасаясь удара по лицу, если они уронят один конец.
Изготовление привязей для реабилитационных лент (Jhi Scott, ARL Photographer) «С этой технологией у вас всегда есть возможность проявить максимальный потенциал в данный момент», - говорит Хаббард. «Вы не ограничиваете возможности пациента, и, надеюсь, это приведет к более быстрому восстановлению».
Хаббард работает с исследователями из Университета Монтаны над изучением полос. В случае успеха он надеется, что они появятся на рынке в следующем году.
Ветцель воображает, что его технология привязи используется в будущем как нечто среднее между одеждой и экзоскелетом. Предметы одежды, сделанные из привязанных жидкостью привязей, могут поддерживать различные части тела, оставаясь мягкими, когда пользователь неподвижен или двигается медленно, и становясь твердыми и поддерживающими при внезапном движении, таком как колено трюка.
Интерес к загущающим жидкостям при сдвиге «определенно сильно вырос в исследовательском сообществе за последние пять лет», - говорит Эрик Браун, профессор машиностроения и материаловедения в Йельском университете.
По словам Брауна, ученые исследуют жидкости для сгущения при сдвиге уже более 80 лет, но они только начинают понимать, как и почему они работают так, как работают.
«Мы просто смешиваем воду и кукурузный крахмал - они сами по себе кажутся простыми вещами», - говорит Браун. «Мысль о том, что мы мало понимаем о том, как это работает, иногда удивляет людей».
По словам Брауна, исследования в области защиты от ударов с использованием сгущающих жидкостей являются «действительно многообещающими». Он полагает, что в ближайшие годы на рынке появится множество продуктов, таких как велосипедные шлемы с усиленным усилием сдвига и жидкости. D30, жидкость для сгущения при сдвиге, изготовленная из полимеров, взвешенных в жидкой смазке, уже используется в изделиях от сноубордического снаряжения до чехлов для сотовых телефонов.
Для тех из нас, кто хочет изучить магию сгущающей жидкости в домашних условиях, имейте в виду: если вы думаете о том, чтобы наполнить детский бассейн ооблеком, чтобы «ходить по воде», как YouTubers, это сложнее, чем кажется. Браун знает - он делал это несколько раз, просто для удовольствия.
«Самое сложное - это то, что нужно смешать», - говорит он. «Мы должны были арендовать бетономешалку в Home Depot».
