Dieser neuartige Footballhelm schützt das Gehirn der Spieler

Anfang Februar fand in den USA der Super Bowl 50 statt, das Finale der US-amerikanischen American-Football-Profiliga National Football League (NFL). Während Football in Deutschland eher die Rolle einer Randsportart ausfüllt, ist die taktiklastige Sportart in den USA praktisch ein Nationalsport. Aber auch hierzulande wurde der Super Bowl dieses Jahr rege verfolgt – und das trotz der Sendezeit von 23 Uhr bis 4 Uhr morgens. Doch Football hat seine Schattenseiten: Die Sportart birgt eine nicht unwesentliche Verletzungsgefahr. Kaum eine Sportart hat eine höhere Rate von frühzeitiger Demenzerkrankung bei ehemaligen Sportlern, und auch die Gefahr akuter Hirnverletzungen ist hoch. Der Grund sind die Kräfte, die bei den Kollisionen der Spieler auf das Gehirn einwirken. Ein neuer Footballhelm soll das empfindliche Organ in Zukunft besser schützen.

Foto: Erik Drost, Phil Taylor, Flickr, CC BY-SA 2.0

Aktuelle Footballhelme bieten nur unzureichend Schutz

Mit den Caroline Panthers und den Denver Broncos traf beim Super Bowl 50 eine der spielstärksten Offensiven der letzten Saison auf eine der besten Defensiven. Entsprechend spannend war auch das Spiel, das die Broncos mit 24:10 für sich entschieden. Auch der Super Bowl 50 kam nicht ohne den ein oder anderen harten Tackle aus – die Zusammenstöße zwischen Spielern gehören zu dem Sport einfach dazu. Was für die Zuschauer unterhaltsam ist, birgt für die Spieler aber eine hohe Verletzungsgefahr. Diese Gefahr bezieht sich nicht nur auf akute Verletzungen, sondern auch auf durch das langfristige Ausüben des Sports Verletzungen des Gehirns.

Die Helme, die bisher im American Football verwendet werden, schützen den Kopf zwar, ignorieren aber eine der Hauptursachen für Verletzungen des Gehirns. Die Rede ist von der kinetischen Energie, die nach einem Zusammenstoß durch den Kopf geht und das Gehirn innerhalb des Schädels hin und her “schwappen” lässt. Die Helme absorbieren zwar den Aufprall an sich, schützen also vor Verletzungen des Schädels, sind aber nicht in der Lage, den Bewegungsimpuls aufzufangen. Ähnliche Probleme haben übrigens auch Helme, die vom Militär verwendet werden. Forscher der University of Michigan haben daher den Prototyp eines neuen Football-Helmes entwickelt, der diesbezüglich zu Verbesserungen führen soll.

Neuer Helm absorbiert Schwellen

Die Herausforderungen bei der Entwicklung eines Helmes, der sowohl den Schädel als auch das Hirn schützt, sind vorwiegend mechanischer Natur. Der Schädel ist aus elastischem Material und daher kaum in der Lage, die wirkende kinetische Kraft zu absorbieren, weshalb diese zum großen Teil auf das Gehirn einwirken. Die Folge ist eine Art “Schwappen” des Gehirns in der zerebrospinalen Flüssigkeit, die das Gehirn umgibt, was zu Verletzungen führen kann.

Eine Möglichkeit, das Gehirn vor diesen Kräften zu schützen, wäre ein Helm, der sich beim Aufprall verformt oder bricht. Dies mag für Soldaten oder Motorradfahrer praktikabel sein, aber der Helm eines Footballspielers kann nicht nach jeder Kollision ausgetauscht werden. Die Forscher entschieden sich daher für ein viskoelastisches Material, also ein Material, das bei Deformationen sowohl die Eigenschaften eines viskosen Materials als auch eines elastischen wie Gummi aufweist. Derartige Materialien werden schon länger zur Schockabsorption genutzt.

Das Geheimnis: Drei verschiedene Polymere

Genauer kommen bei dem neuen Helm drei günstige Polymere zum Einsatz, eines davon weist diskoelastische Eigenschaften auf. Diese drei Polymere arbeiten zusammen und absorbieren einen nicht unwesentlichen Teil der Schockwelle, die beim Aufprall durch den Schädel wandert. Die beiden äußeren Polymere “formen” die Schockwelle, sodass ihre Frequenz in einem Bereich liegt, der von dem dritten, viskoelastischen Material absorbiert werden kann.

Mit dem Helm hat das Team erst kürzlich 250.000 US-Dollar im Rahmen eines Wettbewerbs von der National Football League, General Electric, Under Armour, und dem National Institute of Standards and Technology (NIST) erhalten. Das Konzept ist unter den fünf Finalisten für neue Football-Helme, und die Forscher haben nun ein Jahr Zeit, um ihren Helm zu verfeinern. Nach Ablauf dieser Frist wird das NIST einen Gewinner küren.

via MIT Technology Review