Ciência e bicicleta se encontram em um novo design de capacet

Quando recentemente fizemos uma visão geral daevolução da tecnologia de ciclismo, os capacetes mal foram mencionados. Eles são feitos dos mesmos materiais há décadas, e a única melhoria que eles viram nesse tempo é um layout de ventilação mais eficiente. Mas o momento desse artigo acabou sendo propício porque, alguns meses depois, a Trek entrou em contato para me informar que estava introduzindo a primeira grande mudança na tecnologia de capacetes em anos.

Normalmente, e-mails como esse são pouco mais que marketing, ou, na falta disso, tudo é proprietário e não pode ser falado. Mas neste caso, Trek prometeu que havia ciência revisada por pares por trás do anúncio e eu teria a chance de conversar com os próprios cientistas. Algumas semanas depois, tive a oportunidade de conferir os capacetes e conhecer os cientistas (embora, por pouco, perdi minha chance de apertar a mão da lenda do ciclismo,Jens Voigt).

O que um capacete realmente faz?

A resposta óbvia é que os capacetes servem para proteger seu cérebro quando sua cabeça experimenta um impacto. Mas a resposta mais detalhada exige investigar um pouco de física. Em um nível simples, um impacto gera força que, se nada está protegendo você, é traduzido diretamente para o seu crânio. O trabalho de um capacete é dissipar essa força. Se um capacete pudesse ser arbitrariamente grande ou pesado, isso não seria um problema. Mas os ciclistas são notoriamente exigentes quanto ao peso e à aerodinâmica de seus equipamentos, o que significa que um capacete precisa fazer todo o redirecionamento de forças no menor espaço possível, usando materiais leves.

Dada essa restrição, os fabricantes de capacetes adotaram a espuma de poliestireno expandido (EPS), o mesmo material usado para caixas de gelo descartáveis. EPS foi descrito para mim como um monte de bolhas de poliestireno envolto em uma malha mais difusa. No impacto, essas bolhas podem se romper, difundindo parte da força, e a malha pode permitir que as bolhas deslizem umas sobre as outras, difundindo um pouco mais dela. É simples e eficaz para impactos diretos.

De acordo com April Beard, gerente de produtos de capacetes da Trek, pesquisas focadas em capacetes de futebol começaram a indicar que o EPS não era suficiente. Estudos lá mostraram que muitos impactos não geraram o tipo de forças lineares contra as quais a EPS trabalhou bem; em vez disso, havia muitas forças de torção e fora do eixo envolvidas. Embora isso não se traduza necessariamente em danos ao crânio, eles podem causar tensão no cérebro subjacente, já que diferentes partes foram submetidas a forças distintas. Isso poderia causar rupturas nos axônios que fornecem conexões entre as células nervosas, interferindo nas memórias e outras funções cognitivas. Dissipar essas forças desequilibradas é um desafio muito maior.

Beard disse que uma idéia era fornecer capacetes com revestimentos internos que deslizariam no impacto e lidariam com parte da força fora do eixo (um sistema chamado MIPS). Mas um engenheiro da Trek encontrou um trabalho de uma empresa chamadaWaveCelque parecia oferecer uma opção ainda melhor.

Materiais atendem a ciência

O WaveCel é o produto do cirurgião ortopédico Steve Madey e de um engenheiro biomédico chamado Michael Bottlang. Os dois estavam trabalhando em uma variedade de idéias relacionadas a questões médicas e equipamentos de proteção, financiados em parte por dinheiro federal. Ao considerar a ideia de um material leve que pudesse distribuir forças uniformemente, Bottlang disse a Ars que eles primeiro focalizaram um padrão de favo de mel. Mas eles descobriram que na verdade era muito robusto – o favo de mel não entraria em colapso até que muita força fosse aplicada, e então falharia repentinamente.

O design que eles desenvolveram tem uma forma que permite flexionar quase imediatamente quando a força é aplicada. “Começa a deslizar imediatamente”, disse Bottlang. A técnica de fabricação cria um ponto claro de falha que permite uma flexão mais extensa quando um certo nível de força é excedido – parte da estrutura se dobra ao invés de sofrer uma falha completa. Então, uma vez dobrado, o polímero de que é feito permitirá que as células vizinhas deslizem umas sobre as outras. Isso fornece alguma resistência mesmo depois que a estrutura entrou em colapso.

(A única coisa que a Trek manteve proprietária era a identidade do material polimérico.)

Para o capacete, um remendo deste material é anexado ao interior de um capacete EPS mais tradicional, que fornece resistência ao impacto. Mas a malha WaveCel pode flutuar dentro do capacete e absorver grande parte da força dos impactos fora do eixo. As tiras finas de material macio que amortecem o capacete onde ele repousa na cabeça (também encontradas em capacetes mais tradicionais) são presas diretamente à malha WaveCel.

Parece mais desconfortável do que é. Madey, o cirurgião ortopédico, disse que fez testes que mostram que, mesmo se colocados diretamente sobre a pele, a malha WaveCel não quebra a pele sob a maioria das forças de impacto.

Como funciona o novo capacete deles? De acordo comum artigo deautoria de Bottlang e Madey, os capacetes, incluindo o material, reduziram a aceleração rotacional dos impactos em 73% em comparação com um capacete normal. Um slip pad dentro de um capacete normal (MIPS) só reduziu a aceleração em 22%, o que parece ser uma diferença substancial.

Mas como se sente?

A Trek, através de sua subsidiária Bontrager, está introduzindo capacetes que incorporam o material patenteado para ciclistas casuais, passageiros, ciclistas de montanha e ciclistas sérios. Nós fomos dados um dos capacetes de estrada para testar e conseguimos adquirir quatro passeios curtos com isto. A chegada da primavera forneceu condições variando de ar seco e fresco a um dia quente e úmido; Gerenciar calor em passeios é uma questão importante para mim, então eu estava curioso para saber como o capacete Trek comparado a um recentemente comprado de um concorrente.

O argumento de vendas da Trek é que o capacete é muito mais seguro sem representar um compromisso em comparação aos capacetes existentes. (Somente o tempo e a contabilidade detalhada do acidente poderão nos dizer se isso é verdade.) O novo capacete pesa um pouco mais do que um capacete todo em espuma, mas isso não era perceptível durante uma viagem.

Fit em um capacete é uma questão de gosto pessoal. A oferta da Trek forneceu os meios habituais de manter as coisas no lugar: uma cinta de queixo e um retentor traseiro ajustável que se enrola sob a base do crânio perto do pescoço. A versão da alça de queixo da Trek inclui ímãs para alinhá-la, o que funcionou muito bem quando você se acostumou com eles, mas encaixar a alça do queixo nunca foi um ponto importante de atrito para mim. O ajuste traseiro da Trek funciona puxando um cabo fino, em vez do sistema de alça toda de plástico no meu capacete atual; Eu não notei muita diferença prática. Os forros macios dentro do capacete que descansam em sua cabeça eram confortáveis, mas os que estavam no capacete da Trek não pareciam tão eficazes em tirar o suor dos meus olhos.

No geral, as partes que eram como um capacete tradicional continuaram a agir dessa maneira; a presença da inserção WaveCel não fez nenhuma diferença.

Fluxo de ar

Onde as coisas pareciam importar é o fluxo de ar. Como mencionado acima, EPS é usado como um isolante e pode facilmente causar superaquecimento em passeios difíceis ou dias quentes. A maioria dos capacetes controla isso com aberturas que direcionam o ar através do capacete em contato com sua cabeça. A inserção WaveCel fornece um pouco de compromisso: ela mantém o material de isolamento mais longe da sua cabeça, mas também pode impedir que o ar flua através dele.

Como esse trade-off funciona na prática? Na maior parte, tudo bem. Descobri que eu poderia orientar minha cabeça para que eu conseguisse respirar um pouco de ar frio, embora isso exigisse que eu andasse bem na vertical ou olhasse para o pneu dianteiro. Além disso, a falta de fluxo de ar era notável, mas não parecia que o capacete fosse tão quente quanto o meu mais tradicional. Se eu diria o mesmo depois de um passeio em agosto, teria que esperar alguns meses.

No geral, o anúncio da WaveCel foi uma surpresa agradável. O número de áreas de ciência reunidas – ciência e engenharia de materiais, neurociência e epidemiologia – foi impressionante e resultou em um produto que pode realmente fazer a diferença na vida das pessoas. Quanta diferença, se houver, terá que esperar até que pessoas suficientes usem o capacete e obtenhamos algumas estatísticas de acidentes. Mas, entretanto, foi integrado em um produto sólido de uma forma que é bastante discreta.

Esta história foi atualizada para esclarecer quando eu estava discutindo a tecnologia MIPS, uma vez que um número notável de leitores está ciente disso.