Футбольный шлем — это тип защитного головного убора, используемый в основном в футболе с сеткой , хотя структурная вариация иногда используется в австралийском футболе . Он состоит из жесткой пластиковой оболочки с толстой подкладкой внутри, лицевой маски, сделанной из одного или нескольких покрытых пластиком металлических стержней, и подбородочного ремня. Каждая позиция имеет свой тип лицевой маски для баланса защиты и видимости, и некоторые игроки добавляют к своим шлемам поликарбонатные козырьки, которые используются для защиты глаз от бликов и ударов. Шлемы являются обязательным требованием на всех уровнях организованного футбола, за исключением разновидностей без захватов, таких как флаг-футбол. Хотя они и защищают, игроки все равно могут получать и получают травмы головы, такие как сотрясения мозга .
Футбольные шлемы кардинально изменились с модернизацией спорта, чтобы способствовать технологическим изменениям и повысить безопасность игры. Несмотря на более низкие показатели некоторых травм, серьезные травмы головы по-прежнему распространены, и определение последствий этих травм является активной областью исследований. В дополнение к острой обеспокоенности по поводу травматических повреждений мозга , таких как сотрясения мозга, исследования показали, что у игроков повышается риск долгосрочных проблем, таких как хроническая травматическая энцефалопатия (ХТЭ). [1] Футбольные шлемы представляют собой уникальную проблему дизайна, поскольку, в отличие от велосипедных шлемов , которые выбрасываются после одного удара, футбольные шлемы должны выдерживать множественные удары. Недавнее внимание к повышению безопасности игроков за счет улучшения конструкции шлемов начало снижать общее количество сотрясений мозга. [2]
Один из первых случаев использования футбольного шлема датируется 1896 годом, когда Джордж «Роуз» Баркли , полузащитник колледжа Лафайет в Истоне, штат Пенсильвания , начал использовать ремни и наушники для защиты ушей. Неизвестно, кто изобрел футбольный шлем. Многие источники приписывают создание шлема Джеймсу Нейсмиту (изобретателю баскетбола ), в то время как другие источники приписывают создание шлема мичману Военно-морской академии США Джозефу М. Ривзу (позже ставшему «отцом авианосной авиации»), у которого было защитное устройство для головы, сделанное из кожи крота, что позволило ему играть в матче Армия–ВМС 1893 года . Военно-морской врач посоветовал Ривзу, что еще один удар ногой по голове приведет к «мгновенному безумию» или даже смерти, поэтому он поручил сапожнику из Аннаполиса сделать ему шлем из кожи. [3] Позже шлемы стали делать из мягкой кожи и напоминали шлемы летчиков или современные кепки для схваток . По крайней мере, в профессиональном футболе они были необязательными. Некоторые игроки Национальной футбольной лиги , в частности , член Зала славы Билл Хьюитт , играли всю или большую часть своей карьеры без шлема.
.JPG/1280px-Leather_football_helmet_(circa_1930's).JPG)
Одним из нововведений начала 1900-х годов стала закаленная кожа. В 1917 году первые шлемы были подняты над головой, чтобы попытаться направить удары в сторону от макушки. [ необходимо разъяснение ] Ушные вкладыши также потерпели неудачу в этот период, поскольку они плохо вентилировались и мешали игрокам слышать. 1920-е годы ознаменовали первое широкое использование шлемов в футболе. Эти шлемы были сделаны из кожи и имели некоторую подкладку внутри, но подкладка была недостаточной и обеспечивала слабую защиту. Кроме того, у них не было лицевых масок. В результате травмы были очень распространены. Ранние шлемы также поглощали много тепла, что делало их очень неудобными для ношения.
В 1939 году компания Riddell Company из Чикаго, штат Иллинойс, начала производить пластиковые шлемы, поскольку посчитала, что пластиковые шлемы будут безопаснее, чем те, что сделаны из кожи. Пластик оказался более эффективным, поскольку сохранял свою форму при полном столкновении во время игры. Эти шлемы также были намного удобнее и имели больше подкладки, чтобы смягчить удар головы. В комплекте с пластиковым шлемом поставлялась пластиковая маска для лица, которая позволяла шлему защищать всю голову. К середине 1940-х годов шлемы стали обязательными в НФЛ . Они по-прежнему изготавливались из кожи, но с улучшенными технологиями производства приобрели более привычную сферическую форму. Первоначально НФЛ разрешала использовать либо пластиковые, либо кожаные шлемы, но в 1948 году лига запретила пластиковые шлемы, посчитав, что жесткий пластиковый материал может быть травмоопасным. НФЛ сняла запрет на пластиковые шлемы всего через год в 1949 году, и к 1950 году пластиковые шлемы стали в этой лиге всеобщими. [4]
К 1950-м годам появление полимеров положило конец эпохе кожаных шлемов. Последний производитель кожаных шлемов, MacGregor, прекратил производство кожаных шлемов в середине 1960-х годов. В 1955 году НФЛ также рекомендовала игрокам носить маски, [5] что сократило количество сломанных носов и зубов, но также потребовало новых правил, запрещающих игрокам соперника хвататься за маску. По разным данным, последними, кто отказался от маски, были Пэт Стадстилл и Гаро Йепремян ; среди не-кикеров последним, кто это сделал, был Томми Макдональд .
_(cropped).jpg/1280px-Hassan_Hall_(53141821467)_(cropped).jpg)
В 2002 году производитель оборудования для американского футбола Riddell выпустил новый дизайн шлема под названием Revolution в ответ на исследование сотрясений мозга. [6] Кроме того, Riddell недавно выпустил новый дизайн шлемов, Riddell Speed Flex. Этот шлем вышел в 2014 году. [7] Этот новый шлем использует элементы старых шлемов Riddell, 360 и Revolution, такие как защита от бокового удара и система крепления маски All Points Quick Release. [8]
Спрос на более безопасный шлем побудил Schutt Sports объявить о появлении шлема следующего поколения, ION 4D, который включал интегрированную защиту лица. Эта новая конструкция защиты лица отличается амортизирующими «энергетическими клиньями», которые уменьшают силу ударов по защите лица. Команды колледжей, носящие шлем, включают Air Force , Penn State и Virginia . [9] Schutt также различает свои университетские шлемы и молодежные шлемы. Университетские шлемы от Schutt сделаны из поликарбоната, который является очень прочным полимером, предназначенным для выдерживания более сильных ударов. Молодежные шлемы Schutt сделаны из ABS, который является более легким материалом, предназначенным для детей, которые не выдерживают таких сильных ударов. [10]
Новейшая модель, выпущенная Schutt, — Schutt F7. Schutt выпустил Schutt F7 в 2017 году, и в том же году он был выпущен в NFL. F7 расширяет технологии F7, такие как амортизация TPU (термопластичный уретан) и технология 3-Dimensional Tectonic Plate. Инженеры Schutt улучшили конструкцию оболочки F7 LTD, чтобы повысить производительность и поглощение ударов в высокоударных частях шлема. Теперь шлем также включает в себя точки крепления защитного лица Anti-Friction.
Недавно в игру вступил совершенно новый тип шлема. Vicis — это новая компания, которая производит шлемы с более мягким внешним слоем. Более мягкий слой поглощает больше энергии от ударов. Кроме того, внутри шлема также есть пенообразное вещество, которое поглощает энергию и повышает комфорт. [11]
Летом 2022 года Национальная футбольная лига обязала линейных защитников, нападающих и защитников носить защитную шапочку Guardian Cap — защитное покрытие, надеваемое на голову. [12] У игроков, которые носили шапочки, было на 50% меньше сотрясений мозга, чем у игроков, которые их не носили. [13] Начиная с сезона 2024 года игрокам разрешено носить защитную шапочку Guardian Cap во время игр, хотя ее использование не является обязательным. [14]
Внешняя оболочка шлемов существенно изменилась на протяжении всей истории НФЛ. В 1920-х годах футбольные шлемы имели мягкую кожаную внешнюю часть, тогда как сегодня они имеют внешнюю часть из поликарбоната . Первый литой поликарбонатный шлем появился в НФЛ в 1986 году. [15] Сегодняшние шлемы обычно имеют поликарбонатную оболочку толщиной порядка 3,35 мм. Жесткая внешняя оболочка защищает голову от локальных ударов, делокализации силы, поэтому нагрузка может быть поглощена другими элементами. [16]
Поликарбонаты являются идеальными материалами для внешних оболочек, поскольку они легкие, прочные и обладают хорошей ударной прочностью даже при экстремальных температурах. Поликарбонаты относятся к семейству термореактивных полимеров , которые широко используются в производстве из-за их механических характеристик и простоты в производстве. [17]
Эстетичный дизайн внешней оболочки стал центральным элементом униформы и имиджа команд.
Эффективность футбольного шлема основана на его способности уменьшать силу удара, приложенную к голове. Шлем уменьшает пиковую силу, передаваемую к голове, временно сохраняя или рассеивая энергию удара.
Первичными элементами поглощения энергии являются ударопрочные и ударопрочные капоты, а вторичными элементами являются комфортные подкладки. Материалы, используемые для создания этих компонентов, и их размеры различаются в пределах шлема. Конструкция учитывает комфорт игрока и его конкретную позицию, а также цель защиты наиболее чувствительных областей головы и областей, где чаще всего случаются сильные удары. [16]
Поскольку футбольные шлемы должны выдерживать многократные столкновения, материалы шлема должны возвращаться в свою первоначальную форму после каждого удара. [18] Материалы набивки должны иметь низкую плотность, чтобы сделать шлем удобным и практичным, не жертвуя поглощением энергии. Большинство футбольных шлемов изготавливаются из полиуретановой или нитриловой пены, поскольку они выдерживают пиковую нагрузку при нагрузке, рекомендуемой для здоровья головы (1,5 МПа), не деформируясь, при этом они относительно легкие и простые в изготовлении. [19]
Полиуретановые или нитриловые пены в целом можно отнести к вязкоупругим пенам. Когда к этим типам материалов прикладывается напряжение, возникают три основные области деформации: линейная упругость, плато и уплотнение. В линейно-упругой области материал деформируется обратимо пропорционально своему модулю Юнга или жесткости. В области плато пена начинает разрушаться, и это также является типом восстанавливаемой деформации. Когда материал достигает области уплотнения, он начинает постоянно менять свою внутреннюю структуру и не может вернуться к своей первоначальной форме. Поскольку футбольные шлемы используются многократно, их необходимо было спроектировать так, чтобы деформация оставалась в упругой или платообразной области. Площадь под кривой на кривой деформации напряжения (показанной на рисунке справа) представляет собой поглощенную энергию. Пены должны быть деформированы на определенную величину, чтобы они поглощали энергию без постоянного уплотнения. [19]
В вязкоупругих материалах упругая область меняет свою форму в зависимости от скорости деформации, то есть скорости, с которой деформируется материал, или, что более практично, скорости удара. В общем, когда материал деформируется быстрее, он становится жестче, поэтому деформируется меньше. Степень защиты, обеспечиваемая шлемом, зависит от скорости удара, и его эффективность низкая для самых быстрых и самых медленных ударов. Воздушные карманы, хотя и поглощают часть энергии, также помогают шлемам лучше работать при ударах с очень высокой и низкой скоростью. Воздушные камеры имеют вентиляционные системы, поэтому объем и геометрия воздушных камер являются динамическими, помогая гасить вязкоупругий эффект.
Идея создания воздушных карманов принадлежит Вину Ферраре [20] , бывшему квотербеку Гарварда. Однажды ночью Феррара искал аспирин, когда увидел в своей аптечке бутылочку с распылителем. Когда он накачал ее, а затем ударил кулаком, он понял, что бутылка выдерживает удары разной силы. Феррара придумал снабдить футбольные шлемы несколькими надувными карманами, чтобы смягчить удары, которые получает футболист, и уменьшить сотрясения мозга.
Пена в футбольных шлемах со временем разрушается, и этот процесс часто упускается из виду при моделировании безопасности. Особенно для молодежных команд, шлемы используются повторно в течение многих лет, подвергая игроков риску, поскольку они менее защищены, чем ожидалось. [21]
Более поздним дополнением к футбольному шлему является козырек или защитный щиток для глаз, который крепится к лицевой маске для защиты игроков от яркого света или травм глаз, таких как уколы. Считается, что первым игроком, использовавшим защитный козырек, был Марк Маллейни из Minnesota Vikings NFL в 1984 году, чтобы защитить заживающую травму глаза. Ведущими производителями козырьков являются Nike , Oakley , Under Armour и SHOC, причем Leader был первым, кто выпустил козырек/щиток для бывшего квотербека Chicago Bears Джима Макмэна (которому квотербек был нужен из-за детской травмы глаза). [ необходима цитата ] В то время как козырьки Маллейни и Макмэна были тонированными, большинство более ранних козырьков были прозрачными или дымчатыми, но теперь они предлагаются в различных стилях: от синего, золотого, черного, радужного, серебряного или янтарного. В школьных и детских лигах запрещены все, кроме прозрачных козырьков. Это правило было принято для того, чтобы тренеры и тренировочный персонал могли легко видеть лицо и глаза игрока в случае серьезной травмы, чтобы определить, находится ли игрок в сознании. [ требуется ссылка ] NCAA запретила использование тонированных козырьков по той же причине, и NFL также последовала этому примеру. Тем не менее, игроки с проблемами со зрением все еще могут получить специальное разрешение на ношение тонированных козырьков, некоторые известные примеры — ЛаДэйниан Томлинсон и Крис Кэнти. [22] XFL разрешает игрокам носить тонированные и декорированные козырьки. [23]
Регистраторы данных о сотрясениях шлемов и детекторы сотрясений отслеживают удары, которые получает игрок, такие как сила и направление удара. Если сила, зарегистрированная датчиками, превышает 100 G, это сигнализирует о возможном сотрясении мозга. [24] Некоторые игроки получают до 2000 таких потенциальных сотрясений мозга за сезон. Затем эти данные анализируются врачами.
Недавно некоторые компании выпустили шлемы с датчиками, которые посылают оповещения, когда игрок может получить серьезный удар. Цель состоит в том, чтобы иметь возможность обнаруживать сотрясения мозга, как только они случаются, чтобы предоставить игрокам немедленную медицинскую помощь. [25]
Использование датчиков в Национальной футбольной лиге вызвало споры . Хотя почти все согласны с тем, что намерения похвальны, существуют опасения по поводу качества данных и конфиденциальности личных медицинских записей. В сезоне 2013 года две неназванные команды НФЛ протестировали акселерометры , но их использование было приостановлено после испытания. Лига надеется вновь ввести датчики, как только будут решены вопросы конфиденциальности и качества данных. [26]
Тем не менее, датчики уже использовались для повышения безопасности игры. Используя данные, собранные им во время пилотного исследования, Кевин Гускевич показал, что возврат начального удара является самой опасной частью игры. Его результаты были достаточно убедительными, чтобы убедить НФЛ переместить линию начального удара на пять ярдов вперед к 35-ярдовой линии с намерением увеличить количество тачбэков , что является более безопасной игрой. [26]
Два изобретателя из Огайо , Джон Кэмпбелл и Джордж Сарлес, разработали гарнитуру для тренера Cleveland Browns Пола Брауна, чтобы он мог транслировать игры по радио квотербеку Джорджу Раттерману. Она была запрещена вскоре после ее первого использования в 1956 году (после того, как Browns сыграли три предсезонных игры с радио). НФЛ одобрила использование гарнитур для всех команд НФЛ в 1994 году. [27]
Правила NFL гласят, что все шлемы, оснащенные гарнитурой, должны иметь видимую зеленую точку на задней стороне. Несколько раз в 2006 году владельцу шлема при попытке забить гол с игры было приказано подтянуться и бросить или бежать в последнюю секунду из-за изменений, которые тренеры увидели на поле. По словам NFL, это давало командам «несправедливое преимущество». Новые правила позволяют каждой команде знать, кто носит гарнитуру и слышит, как объявляются розыгрыши. [ необходима цитата ]
.jpg/1280px-Cleveland_Browns_New_Uniform_Unveiling_(16947116187).jpg)
Однополосная маска для лица когда-то была распространена, но ее использование было вытеснено в профессиональном и любительском спорте. Например, она была незаконна в Национальной футбольной лиге с 2004 года , но дедушкина оговорка позволяла игрокам, которые носили маску до 2004 года, продолжать делать это до конца своей карьеры. Ни один из нынешних профессиональных игроков в настоящее время не носит такую маску для лица; последним игроком, который делал это, был Скотт Плеер , который последний раз играл профессионально в 2009 году.
Как правило, к середине 1980-х годов в профессиональном футболе в Канаде и США только игроки на позиции нападающего и пантера носили защитную маску с одной перекладиной, заметным исключением был квотербек Джо Тайсманн .
Однобалочный вариант имел два разных варианта. Стандартный однобалочный вариант был сделан из нейлона или другого твердого пластика и крепился болтами к обеим сторонам шлема прямо перед ушными отверстиями. Существовала «курносая» версия, которая не выходила так далеко за пределы шлема, как стандартная.
Сегодняшние маски для футбольных шлемов — многослойные, имеющие как минимум две планки. Многослойные маски обычно изготавливаются из металла, например, титана, нержавеющей стали или, чаще всего, углеродистой стали. Каждая маска покрыта Polyarmor G17, порошковым покрытием, устойчивым к ударам и коррозии. Polyarmor — это термопластичное покрытие, используемое на ряде поверхностей. В то время как некоторые организации закупают новые маски каждый сезон, другие восстанавливают свое оборудование.
Правила, действующие для NFL, NCAA и школьного футбола, требуют, чтобы все шлемы были сертифицированы Национальным операционным комитетом по стандартам для спортивного оборудования . [28] [29] [30] Использование сертификации NOCSAE подвергалось критике по многочисленным причинам, включая то, что контроль организации со стороны производителей оборудования приводит к конфликту интересов, данные испытаний, которые фокусируются на переломах черепа, а не на сотрясениях мозга, и непринятие во внимание новых исследований. [28] [31] [32]
Наиболее распространенным испытанием NOCSAE является испытание на падение (разработано в 1973 году). В этом испытании используется 13-фунтовая голова манекена, полная датчиков и желатинового материала. Голова и шлем падают с указанной скоростью в одно из шести указанных NOCSAE мест на шлеме. Эти места включают переднюю, заднюю, левую сторону, правую сторону, правый выступ и левый выступ. Датчики в голове манекена измеряют величину силы, которую испытывает голова. NOCSAE имеет определенные правила, такие как пиковый индекс тяжести никогда не может превышать 1200 SI. Если шлем не соответствует этим требованиям, он не проходит испытание на падение NOCSAE. [33] [34]
В последние годы было проведено значительное исследование/исследование травм головы в футболе и дизайна футбольных шлемов. Кевин Гускевич , профессор Университета Северной Каролины в Чапел-Хилл и стипендиат Макартура , исследовал сотрясения мозга у футболистов всех возрастных групп. [35] Он оснащал футбольные шлемы UNC акселерометрами для измерения ударов и сотрясений. Кроме того, НФЛ выделила более 1,6 млн долларов на спортивные медицинские исследования, почти 1 млн долларов из которых был направлен на профилактику сотрясений. [36] Все эти исследования по профилактике сотрясений побудили производителей футбольных шлемов разрабатывать более безопасную продукцию. Совместные усилия Virginia Tech и Wake Forest тестируют текущие футбольные шлемы и дают им ежегодные рейтинги с 2011 года. По шкале из 5 звезд только один шлем получил оценку 5 в 2011 году. В 2012 году еще два дизайна шлемов получили оценку 5 звезд. [37] [38]
Некоторые исследователи обнаружили противоречащий здравому смыслу результат, что ношение шлемов на самом деле увеличивает вероятность получения травмы, и поэтому они рекомендуют игрокам иногда тренироваться без шлемов. Когда впервые были введены хард-шеллы, количество травм головы на самом деле возросло, потому что у игроков было ложное чувство безопасности и они делали более опасные захваты. Университет Нью-Гемпшира участвует в исследовании, в котором некоторые игроки тренировались дважды в неделю без шлемов. К концу сезона те, кто тренировался дважды в неделю без шлема, ударялись головой на 30% меньше. Это исследование предполагает, что модернизация лучших практик игры может иметь больше преимуществ, чем улучшение материалов внутри шлема. [39]
Виджай Гупта, профессор Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе, провел исследование и создал специальный полимер, который при добавлении в качестве слоя на внутреннюю часть футбольных шлемов может обеспечить снижение перегрузок, которые испытывает игрок, на 25%. [40] Такое снижение сил приведет к аналогичному снижению вероятности получения игроком сотрясения мозга от тех же ударов.
Также ведутся постоянные попытки улучшить выбор материалов, поглощающих энергию, в футбольных шлемах. Некоторые исследователи используют вычислительные методы для сортировки библиотек известных материалов. [18] Другие разрабатывают совершенно новые пены или наслаивают существующие пены, чтобы создать композит, который лучше поглощает энергию. [19]
Пена, как правило, становится жестче при более низких температурах. В настоящее время исследователи ищут способы минимизировать влияние температуры на жесткость пены, чтобы обеспечить игрокам максимальную защиту в любую погоду. [19]
Одной из компаний, которая добилась больших успехов, является Windpact, у которой есть новый тип пены, который они называют «пеной в подушке безопасности» или «Crash Cloud», которая сжимается при поглощении энергии и рассеивает энергию через вентиляционные отверстия удара, а затем быстро надувается снова. Современные пены ограничены определенными факторами, которые влияют на полезность пены, а именно ограниченным объемом пространства внутри шлема. Шлемы не могут быть слишком большими или слишком тесными для игрока, поэтому необходимо найти баланс между эффективностью и безопасностью. Еще одним ограничением является то, что не каждый удар равен другому. Пены внутри современных шлемов лучше всего работают при прямом ударе и не являются лучшими при ударах, приходящих под разными углами или «вращательных ударах».
Устройства Crash Cloud могут либо заменить уже имеющуюся подкладку в шлемах, либо выстилать внутреннюю часть шлема рядом с уже имеющейся подкладкой. Пены Crash Cloud могут контролировать скорость воздушного потока для удовлетворения потребностей определенного приложения. Это можно было бы с пользой сочетать с данными, которые собираются о типах ударов, которые получают определенные позиции в футболе. Разные позиции получают удары по-разному и в разные области, поэтому сейчас исследования направлены на то, чтобы отрегулировать шлем для соответствия этой позиции.
Во время тестирования Windpact взял одного из ведущих производителей шлемов для футбола, Riddell, и взял один из их шлемов, чтобы внедрить в него технологию Crash Cloud. До добавления Crash Cloud обычный шлем Riddell занимал 18-е место по защите по сравнению с другими шлемами. С Crash Cloud он поднялся на 3-е место в общем зачете. И это без каких-либо изменений в конструкции шлема, просто путем добавления того, что уже есть. [41]
Недавние исследования начали оценивать тесты, специально используемые для создания самого безопасного футбольного снаряжения. В 2015 году Дэвид Камарилло из Стэнфорда провел исследование, которое показало, что тесты на шлемах для футбола не учитывают задержку между вызывающим травму движением мозга и воздействием стресса. [42]
Нейробиологи из Университета штата Огайо запускали бейсбольные мячи из воздушных пушек в шлемы футболистов, чтобы имитировать удар ногой или по голове, например захват. Было обнаружено, что шлемы выдерживали 2500 ньютонов или около 562 фунтов силы.
Параметры проектирования футбольных шлемов традиционно основывались на моделях линейного ускорения. Этот режим воздействия более прост для изучения и соответствует метрикам проектирования, таким как перелом черепа трупа. Текущие исследования сосредоточены на понимании вращательных сил на футбольных шлемах и на том, как проектировать для более реалистичных, нецентросимметричных сил. [43]
В 1948 году Los Angeles Rams стали первой командой НФЛ, разместившей логотипы на своих шлемах; базовый логотип «бараний рог» на шлеме с тех пор остался в основном прежним, за исключением цвета. В течение сезона НФЛ 2019 года Cleveland Browns были единственной оставшейся командой НФЛ, не использующей какую-либо форму основного логотипа на своих шлемах. Pittsburgh Steelers — единственная команда НФЛ, которая размещает свой логотип только на одной стороне шлема (правой). Сначала это была временная мера, поскольку Steelers не были уверены, понравится ли им вид логотипа на полностью золотом шлеме. Они хотели протестировать их, прежде чем выходить на полную. Из-за интереса, вызванного наличием логотипа только на одной стороне их шлемов, а также из-за нового успеха команды, Steelers решили оставить шлем таким навсегда. Команда «Цинциннати Бенгалс» после использования словесного товарного знака «Bengals» в качестве логотипа на шлеме в сезоне 1980 года с 1981 года вместо логотипа использует рисунок с тигровыми полосами.
{{cite web}}: CS1 maint: числовые имена: список авторов ( ссылка )