Har du nogensinde blandet majsstivelse og vand sammen for at lave ”oobleck?” Når du skubber blandingen fast i knytnæven gør det en hård kugle. Men når du slapper af i dit greb, drypper det som en væske. Det er et almindeligt eksempel på en "forskydningsfortykningsvæske", et materiale, hvis viskositet øges under stress.
Nogle forskere mener, at forskydningsfortykningsvæsker kan være den næste store ting, når det kommer til forebyggelse og rehabilitering af skader. Materialer baseret på disse væsker har potentialet til at hjælpe med at forhindre hjernerystelse, nakkeskader og snoede ankler; at tjene som beskyttelseslegeme rustning i militære omgivelser; og at skabe nye rehabiliteringsudstyr.
På den amerikanske hærs forskningslaboratorium (ARL) i Aberdeen, Maryland, har Eric Wetzel undersøgt forskydningsfortykningsvæsker i de sidste 15 år og har patenter på flere teknikker og produkter. Oprindeligt imprægnerede han Kevlar med forskydningsfortykningsvæsker for at gøre tyndere, mere fleksibel rustning. Nu har han fundet ud af, hvordan man indkapsler væskerne i en fleksibel rem. Træk stroppen forsigtigt, og den udvides som en elastik. Træk det hurtigt, og det stivner og låses. Denne teknologi, som Wetzel kalder "RAT stropper" (til "rate-aktiverede tethere"), kan være nyttig på en række områder, fra militæret til professionel atletik til hjemmet.
”Hvad disse stropper giver dig muligheden for at gøre er at tillade menneskelig bevægelse med regelmæssige hastigheder, men når der er noget virkelig voldsomt sker, sparker de ind og giver modstand, ” siger Wetzel.
I de sidste flere år har Wetzel samarbejdet med NFL om at udvikle et system med RAT-stropper for at holde hjelme på plads og hjælpe med at forhindre hovedskader. Han og hans team har opbygget en platform i laboratoriet for at ligne forholdene på en NFL-spillebane og har udsat en nedbrudstestdummy iført en hjelm til gentagne tackle-simuleringer. Når man bærer hjelmen, der er fastgjort til sin krop med tethere, der løber ned gennem nakken til den øvre del af ryggen, blev den maksimale acceleration, som oplevede af fandens hoved, reduceret med 50 procent. Det kan være forskellen mellem et mindre stød og en alvorlig hjernerystelse.
Wetzel forventer at have arbejdende prototyper af de bundne hjelme klar i de næste to måneder, på hvilket tidspunkt han og hans team vil begynde brugertestning, i begyndelsen blot have folk til at bære hjelmerne til at rapportere, hvordan de har det, og senere gå videre til faktisk tackle. Hvis test er vellykkede, vil de tidligste brugere sandsynligvis være atleter i gymnasiet snarere end fordele.
”NFL-spillere bærer ikke noget, der forhindrer hastighed eller smidighed endda en smule, ” siger Wetzel. ”De vil ikke være tidlige adoptører.”
Soklignende ankelstiver ved hjælp af forskydningsfortykningsvæske (GoXStudio) Klædedragende væskeindbyggende beklædningsgenstande og seler kan også beskytte andre dele af kroppen, såsom ankel eller knæ. Dette er især vigtigt for soldater.
”Hvis man ser på de vigtigste årsager til mistet tid for soldater, er det typisk ikke, at de blev skudt; den mest almindelige ting er faktisk, at nogen har snoet et knæ, kastet ryggen, skadet deres hals, ”siger Wetzel. ”Det er ikke overraskende, fordi de har 100 pund på ryggen og løber over hårdt terræn, nogle gange om natten.”
For cirka fem år siden mødtes Wetzel med forskere fra Defense Advanced Research Projects Agency (DARPA), der var interesseret i teknologier til at reducere denne form for muskel-skelet-skader. Fallskærmshoppere har en særlig høj risiko for ankelskader, da de rammer jorden i høje hastigheder. DARPA-teamet havde arbejdet på en stiv, ankelstag for at få anslaget. Det virkede, men faldskærmsherrer kunne ikke løbe i det.
Så Wetzel udviklede en prototype af en afstivning ved hjælp af forskydningsfortykningsvæske indkapslet i stof. Dette var den originale RAT-stroppeteknologi. Nu har en af DARPA-forskerne, Wetzel mødtes med, oberstløytnant Joe Hitt, forladt hæren og startet et firma, der fremstiller seler baseret på Wetzels arbejde.
En af de vigtigste årsager til ankelforstuvninger er den langsomme reaktionstid, der følger med træthed eller overraskelse.
”Din ankel begynder at rotere, og du er ikke klar over det snart nok, ” siger Wetzel. ”En ankelstiver skal virkelig bare bremse denne rotation for at give din hjerne tid til at indhente.”
En ankelstiver baseret på forskydningsfortykningsvæske kan bevæge sig med kroppen som en neopren sok. Men når ankelen begynder at dreje voldsomt, stivner væsken.
I Tennessee gør forretningsejer og hærveteran Russ Hubbard Wetzels RAT-stropper til enheder til fysisk rehabilitering. Lange gummibånd bruges ofte til strækning og modstand i fysioterapi. Hubbard fremstiller bånd fyldt med forskydningsfortykningsvæske. Jo hårdere du trækker dem, jo strammere bliver de. Og når du giver slip, er der ingen rebound. Dette betyder, at det er sikkert for patienter at trække båndene så hårdt, som de kan, uden frygt for at blive ramt i ansigtet, hvis de falder i den ene ende.
Oprettelse af tethers til rehabiliteringsbåndene (Jhi Scott, ARL Photographer) ”Med denne teknologi har du altid evnen til at skubbe til, hvad dit maksimale potentiale er lige i det øjeblik, ” siger Hubbard. "Du begrænser ikke, hvad patienten er i stand til at gøre, og forhåbentlig oversætter det til hurtigere bedringstid."
Hubbard samarbejder med forskere fra University of Montana om en undersøgelse af bandene. Hvis det er vellykket, håber han at have dem på markedet næste år.
Wetzel forestiller sig, at hans bundteknologi bliver brugt ned ad vejen som en slags halvvejs mellem beklædning og et eksoskelet. Beklædninger lavet af væskefyldte tethere kunne understøtte forskellige kropsdele, forblive bløde, når bæreren er stille eller bevæger sig langsomt og blive fast og støttende med pludselig bevægelse, såsom kollaps af et knæ.
Interesse for forskydningsfortykningsvæsker er "bestemt noget, der er vokset meget i forskersamfundet i de sidste fem år eller deromkring, " siger Eric Brown, professor i maskinteknik og materialevidenskab ved Yale.
Forskere har undersøgt forskydningsfortykningsvæsker i mere end 80 år, siger Brown, men de er først virkelig begyndt at forstå, hvordan og hvorfor de fungerer som de gør.
”Vi blander bare vand og majsstivelse - de ser ud som enkle ting på egen hånd, ” siger Brown. "Ideen om, at vi ikke forstår meget om, hvordan det fungerer, er undertiden supristrerende for mennesker."
Forskning om slagbeskyttelse ved hjælp af forskydningsfortykningsvæsker er "virkelig lovende, " siger Brown. Han mener, at vi sandsynligvis vil se et antal produkter, såsom forskydningsforsyning med væskeforstærkede cykelhjelme, på markedet i de kommende år. D30, en forskydningsfortykningsvæske lavet af polymerer, der er ophængt i et flydende smøremiddel, bruges allerede i genstande fra snowboard-gear til mobiltelefon-sager.
For dem af os, der er ivrige efter at udforske magien ved at skjule fortykningsvæske derhjemme, skal du advares: hvis du overvejer at fylde en kiddie-pool med oobleck for at "gå på vand" som YouTubers, er det vanskeligere end det ser ud. Brown ved - han har gjort det et par gange, bare for sjov.
"Det sværeste er, at du har brug for at blande de ting, " siger han. "Vi var nødt til at leje en cementblander fra Home Depot."
