Hai mai mischiato insieme amido di mais e acqua per creare "oobleck?" Quando si stringe saldamente la miscela nel pugno, si forma una palla dura. Ma quando rilassi la presa, gocciola come un liquido. È un esempio comune di "fluido addensante a taglio", un materiale la cui viscosità aumenta sotto stress.
Alcuni scienziati ritengono che i fluidi addensanti al taglio possano essere la prossima grande cosa quando si tratta di prevenzione delle lesioni e riabilitazione. I materiali basati su questi fluidi hanno il potenziale per aiutare a prevenire commozioni cerebrali, lesioni al collo e caviglie contorte; servire come armatura protettiva in contesti militari; e per creare nuovi dispositivi di riabilitazione.
Allo US Army Research Laboratory (ARL) di Aberdeen, nel Maryland, Eric Wetzel ha studiato fluidi di addensamento al taglio da 15 anni e detiene brevetti su diverse tecniche e prodotti. Inizialmente stava impregnando il Kevlar di fluidi addensanti a taglio per rendere più sottile e flessibile l'armatura. Ora, ha capito come racchiudere i fluidi in una cinghia flessibile. Tirare delicatamente la cinghia e si espande come elastico. Tiralo rapidamente, si irrigidisce e si blocca. Questa tecnologia, che Wetzel chiama "cinturini RAT" (per "attacchi a velocità variabile"), potrebbe essere utile in diverse aree, dall'esercito all'atletica professionale fino a casa.
"Ciò che queste cinghie ti danno la possibilità di fare è consentire il movimento umano a velocità regolari, ma quando succede qualcosa di veramente violento, entrano in azione e forniscono resistenza", afferma Wetzel.
Negli ultimi anni Wetzel ha lavorato con la NFL per sviluppare un sistema di cinturini RAT per mantenere i caschi in posizione e aiutare a prevenire lesioni alla testa. Lui e il suo team hanno costruito una piattaforma in laboratorio per assomigliare alle condizioni di un campo di gioco della NFL e hanno sottoposto un manichino da crash test indossando un casco per ripetute simulazioni di attrezzatura. Quando si indossa l'elmetto attaccato al suo corpo con attacchi che scendono lungo il collo verso la parte superiore della schiena, l'accelerazione di picco sperimentata dalla testa del manichino è stata ridotta del 50%. Questa potrebbe essere la differenza tra un piccolo urto e una grave commozione cerebrale.
Wetzel prevede di avere pronti i prototipi funzionanti dei caschi legati nei prossimi due mesi, a quel punto lui e il suo team inizieranno i test degli utenti, inizialmente facendo semplicemente indossare alle persone i caschi per riferire come si sentono, passando poi all'attacco reale. Se i test hanno esito positivo, i primi utenti saranno probabilmente atleti delle scuole superiori piuttosto che professionisti.
"I giocatori della NFL non indosseranno nulla che impedisca un po 'la velocità o l'agilità", afferma Wetzel. "Non saranno i primi ad adottare".
Tutore alla caviglia simile a un calzino con fluido addensante a taglio (GoXStudio) Indumenti e rinforzi che incorporano fluidi addensanti al taglio possono proteggere anche altre parti del corpo, come la caviglia o il ginocchio. Questo è particolarmente importante per i soldati.
“Se osservi le principali cause di perdita di tempo per i soldati, in genere non sono state colpite; la cosa più comune in realtà è che qualcuno ha attorcigliato un ginocchio, ha gettato la schiena, ferito al collo ", dice Wetzel. "Non è sorprendente, perché indossano 100 chili sulla schiena, correndo su terreni accidentati, a volte di notte."
Circa cinque anni fa, Wetzel ha incontrato i ricercatori della Defense Advanced Research Projects Agency (DARPA), che erano interessati alle tecnologie per ridurre questo tipo di lesioni muscoloscheletriche. I paracadutisti sono particolarmente esposti al rischio di lesioni alla caviglia, poiché colpiscono il terreno ad alta velocità. Il team DARPA ha lavorato su una cavigliera con guscio rigido per affrontare l'impatto. Funzionava, ma i paracadutisti non potevano correre.
Così Wetzel ha sviluppato un prototipo di un tutore usando un fluido addensante a taglio incassato nel tessuto. Questa era la tecnologia originale del cinturino RAT. Ora, uno dei ricercatori della DARPA con cui ha incontrato Wetzel, il tenente colonnello Joe Hitt, ha lasciato l'esercito e ha avviato una società che produceva bretelle basate sul lavoro di Wetzel.
Una delle principali cause di distorsioni della caviglia è il rallentamento del tempo di reazione che comporta stanchezza o sorpresa.
"La tua caviglia inizia a ruotare e non te ne rendi conto abbastanza presto", dice Wetzel. "Una cavigliera deve davvero rallentare quella rotazione per dare al cervello il tempo di recuperare."
Una cavigliera a base di fluido addensante a taglio può muoversi con il corpo come una calza in neoprene. Ma quando la caviglia inizia a girare violentemente, il fluido si irrigidisce.
Nel Tennessee, il proprietario e veterano dell'esercito Russ Hubbard sta trasformando le cinghie RAT di Wetzel in dispositivi per la riabilitazione fisica. Gli elastici lunghi sono comunemente usati per lo stretching e la resistenza nella terapia fisica. Hubbard sta creando delle bande piene di fluido addensante a taglio. Più forte li tiri, più si restringono. E quando lasci andare, non c'è rimbalzo. Ciò significa che per i pazienti è sicuro tirare le bande il più forte possibile senza paura di essere colpiti in faccia se lasciano cadere un'estremità.
Creazione di attacchi per le bande di riabilitazione (Jhi Scott, fotografo ARL) "Con questa tecnologia hai sempre la possibilità di spingere verso il massimo potenziale in quel preciso momento", afferma Hubbard. "Non stai limitando ciò che il paziente è in grado di fare e, si spera, ciò si traduce in tempi di recupero più rapidi."
Hubbard sta lavorando con ricercatori dell'Università del Montana per uno studio delle bande. Se ha successo, spera di averli sul mercato il prossimo anno.
Wetzel immagina che la sua tecnologia tether sia utilizzata in fondo alla strada come una sorta di mezzo tra abbigliamento ed esoscheletro. Gli indumenti realizzati con attacchi riempiti di fluido potrebbero sostenere varie parti del corpo, rimanendo morbidi quando chi lo indossa è fermo o si muove lentamente, e diventa solido e solidale con movimenti improvvisi, come il collasso di un ginocchio ingannevole.
L'interesse per i fluidi addensanti al taglio è "sicuramente qualcosa che è cresciuto molto nella comunità di ricerca negli ultimi cinque anni circa", afferma Eric Brown, professore di ingegneria meccanica e scienza dei materiali a Yale.
Gli scienziati hanno studiato i fluidi di ispessimento del taglio per oltre 80 anni, dice Brown, ma stanno davvero iniziando a capire come e perché funzionano nel modo in cui funzionano.
"Stiamo solo mescolando acqua e amido di mais - sembrano cose semplici da soli", dice Brown. "L'idea che non capiamo molto su come funziona a volte è sorprendente per le persone."
La ricerca sulla protezione dagli impatti con fluidi addensanti al taglio è "davvero promettente", afferma Brown. Pensa che probabilmente vedremo sul mercato una serie di prodotti, come caschi per bicicletta con ispessimento del fluido addensato al taglio, nei prossimi anni. D30, un fluido addensante a taglio fatto di polimeri sospesi in un lubrificante liquido, è già utilizzato negli articoli dagli attrezzi da snowboard alle custodie per telefoni cellulari.
Per quelli di noi desiderosi di esplorare la magia del fluido addensante al taglio a casa, sii avvisato: se stai pensando di riempire una piscina per bambini con oobleck per "camminare sull'acqua" come i YouTuber, è più difficile di quanto sembri. Brown lo sa, l'ha fatto un paio di volte, solo per divertimento.
"La parte più difficile è che devi mescolare le cose", dice. "Abbiamo dovuto noleggiare una betoniera da Home Depot."
