Nghiên cứu mới về ảnh hưởng của sóng do hơi nổ có thể giúp hiểu sâu hơn về các chấn thương vùng đầu và cải tiến thiết kế mũ bảo vệ dành cho binh lính.
Với việc sử dụng các mô hình máy tính thủy động học, Willy Moss và Michael King, các nhà khoa học thuộc Trung tâm Thí nghiệm Quốc gia Lawrence Livermore đã phát hiện ra rằng sóng do hơi nổ dù không gây tử vong cũng đủ tác động đến các nếp gấp trên sọ gây hại cho não bộ ngay cả khi không xuất hiện tác động trực tiếp lên vùng đầu.
Chấn thương sọ não (TBI) là kết quả của sức nặng cơ học lên não, thường không đi kèm với vết nứt, gãy trên sọ và để lại các triệu chứng phức tạp, lâu dài cho con người.
Chấn thương sọ não ở người dân thường gây ra bởi các tác động trực tiếp lên vùng đầu trong tai nạn giao thông và hoạt động thể thao. Chấn thương sọ não cũng xuất hiện ở binh lính tham gia chiến đấu và bị ảnh hưởng bởi sóng hơi nổ. Áo giáp hiện tại đã giúp giảm đáng kể chấn thương cho binh lính trong các vụ tấn công bằng chất nổ, tuy nhiên, tỉ lệ tử vong thấp lại đi kèm với tỉ lệ chấn thương sọ não tăng lên.
Từng có những nghiên cứu chuyên sâu về việc những tác động lên vùng đầu, ví dụ trong vụ tai nạn ô tô, sẽ gây ra chấn thương sọ não theo cách nào. Nhưng chấn thương sọ não bắt nguồn từ sóng hơi nổ không đi kèm với tác động lên vùng đầu vẫn còn là bí ẩn đối với giới khoa học.
Để tìm ra lời giải đáp, nhóm nghiên cứu lần này sử dụng các mô hình thủy động học ba chiều để chứng minh rằng hoạt động trực tiếp của sóng hơi nổ trên vùng đầu gây ra các vết oằn trên vỏ não, sinh ra sức nặng cơ học trong mô não tương tự như trường hợp có tổn thương, ngay cả khi áp suất nổ chỉ thấp bằng +1 bar.
| Mũ Army's Advanced Combat Helmet thay thế cho mũ cũ Personal Armor System for Ground Troops helmet. Vỏ Kevlar giúp bảo vệ người lính khỏi đạn và các tác nhân khác, viền mũ nhỏ hơn giúp cải thiện khả năng nghe, nhìn. (Ảnh: © Quân đội Hoa Kỳ) |
Cụ thể, nhóm nghiên cứu đã chỉ ra rằng sóng do hơi nổ ảnh hưởng tới não bộ theo cách khác hoàn toàn so với tác động trực tiếp.
“Sóng do hơi nổ lướt qua sọ giống như một trục cán chạy qua bột nhão vậy,” King, cán bộ khảo sát của Trung tâm thí nghiệm Quốc gia Lawrence Livermore, phát biểu.
Các mô phỏng cho thấy sọ chỉ bị biến dạng khoảng 50 micron (tương đương kích thước bề ngang của một sợi tóc) , nhưng ”như vậy là đủ lớn để gây ra những sức nặng phá hủy tiềm năng trong não,” Moss cho biết.
Do sóng hơi nổ và tác động trực tiếp ảnh hưởng tới đầu theo những cách khác nhau, các hệ thống áo giáp được thiết kế để bảo lệ binh lính khỏi vật phóng và các tác động khác có thể không phù hợp để bảo vệ họ trước sóng hơi nổ.
Các nhà khoa học đã nghiên cứu mũ bảo vệ cùng các hệ thống chống xóc của chúng ảnh hưởng như thế nào tới sức nặng cơ học do sóng gây ra trong não.
“Khả năng sóng hơi nổ gây ra chấn thương sọ não có ý nghĩa quan trọng đối với điều trị chấn thương và cải thiện thiết kế áo giáp cho binh lính,” Moss nói.
Blackman cho biết thêm: “Bằng cách so sánh ảnh hưởng của sóng hơi nổ lên đầu với ảnh hưởng từ tác động trực tiếp, chúng ta sẽ hiểu được các cơ chế tổn thương khác nhau cũng như sức phá hủy của chúng đối với một người lính, và từ đó thiết kế được một chiếc mũ bảo vệ tốt nhất cho binh lính.”
Kết quả chi tiết được công bố trên tờ Physical Review Letters trực tuyến hôm 26 tháng 8.