Цивилизация
Более половины всех боевых ранений американских солдат во время боевых действий в Ираке и Афганистане были получены ими в результате поражения взрывной волной. Около 130 тысяч ранений связаны с черепно-мозговыми травмами разной степени, от легкого сотрясения мозга до долгосрочного повреждения головного мозга и смерти.
Ученые Массачусетского технологического института (MIT) нашли возможный путь уменьшить число и степень тяжести черепно-мозговых травм, получаемых солдатами в результате взрывов боевых снарядов.
Для этого достаточно добавить к военному шлему защитную маску.
К такому выводу пришла группа исследователей во главе с Раулем Радовицким, адъюнкт-профессором отделения аэронавтики и астронавтики MIT. Результаты их работы опубликованы во вторник в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences.
Данные исследования были проведены MIT неслучайно. В этом институте с 2002 года существует такое подразделение, как Институт солдатских нанотехнологий. Согласно первому контракту, срок действия которого составлял пять лет, финансирование этой организации составляло 50 млн долларов, то есть 10 млн в год. Сумма второго контракта, который был заключен по истечении первого, неизвестна, но в аннотации на сайте данной организации говорится о создании экипировки для «солдат будущего».
Рауль Радовицкий, ведущий автор публикации в PNAS, является заместителем директора этого института, поэтому нет ничего удивительного в том, что он и его коллеги решили подробнее изучить спорный вопрос о том, как взрывные волны взаимодействуют с мозговой тканью и насколько надежно при этом выполняет свою функцию защитное снаряжение. Вопрос является спорным потому, что некоторые предыдущие исследования на эту тему показали: во время взрыва шлем может фокусировать энергию взрывной волны и этим оказывать на мозг солдата более сильное негативное воздействие, чем то, которое было бы у солдата без шлема.
В своей работе Радовицкий и коллеги создали компьютерные модели, описывающие имитацию взрывов и их воздействие на ткани головного мозга.
В этих моделях присутствует беспрецедентная детализация как физических аспектов распространения взрывной волны, так и анатомических особенностей строения головы, в частности, наличие черепа, придаточных пазух носа, спинномозговой жидкости, распределение серого и белого вещества в мозге и так далее. При создании модели учитывались данные магнитно-резонансной томографии, собранные в Армейском медицинском центре имени Уолтера Рида. Также при моделировании учитывались данные того, как ткани мозга свиньи реагируют на механическое воздействие наподобие взрывов, ведь известно, что по ряду анатомических и физиологических параметров свинья довольно близка к человеку, и поэтому ее используют в медицинских и исследовательских целях. Кроме того, ученые учли те процессы, которые происходят при преобразовании химической энергии взрывного снаряда в тепловую, электромагнитную и кинетическую энергии, а также при взаимодействии этих энергий с рядом материалов, из которых сделан солдатский шлем.
Свою модель взрыва ученые рассматривали в трех вариантах: когда солдат без шлема, когда на солдата надет боевой шлем Advanced Combat Helmet (ACH), который распространен в армии США, и когда на солдата надет этот же шлем с защитной маской. Во всех трех вариантах моделирования взрывная волна шла фронтом на лицо солдата.
Анализ показал, что шлем ACH немного задерживает взрывную волну, но существенно не снижает негативное воздействие взрыва на ткани головного мозга.
При этом основное воздействие на мозг оказывается непосредственно со стороны лица, и защитная маска значительно снижает величину напряжения, оказываемого на мозг солдата, так как препятствует прямой передаче ударных волн в лицо.
Комментируя работу, Рауль Радовицкий выразил надежду, что ее результаты и коды моделирования будут играть важную роль не только в разработке военного снаряжения, но и окажут помощь тем ученым, которые занимаются исследованием последствий черепно-мозговых травм у гражданского населения, полученных в результате автомобильных аварий или занятий спортом.
Тем более что вместе с публикацией статьи ученые готовы сообщить всем интересующимся коллегам тот компьютерный код, с помощью которого они производили моделирование.
Сам же Радовицкий и его коллеги намерены продолжить свои исследования при разных параметрах (таких как направление взрывной волны и интенсивность взрыва), а также определить, каким будет воздействие взрывных волн на шею и туловище.