Har du noen gang blandet maisstivelse og vann sammen for å lage "oobleck?". Når du klemmer blandingen ordentlig i knyttneven, lager den en hard ball. Men når du slapper av grepet, drypper det som en væske. Det er et vanlig eksempel på en "skjærfortykningsvæske", et materiale hvis viskositet øker under stress.
Noen forskere tror at skjærfortykkende væsker kan være den neste store tingen når det kommer til skadeforebygging og rehabilitering. Materialer basert på disse væskene har potensial til å forhindre hjernerystelse, nakkeskader og vridde ankler; å tjene som beskyttende kroppsrustning i militære omgivelser; og å lage nye rehabiliteringsapparater.
På US Army Research Laboratory (ARL) i Aberdeen, Maryland, har Eric Wetzel studert skjærfortykningsvæsker de siste 15 årene og har patenter på flere teknikker og produkter. Opprinnelig impregnerte han Kevlar med skjærfortykkende væsker for å gjøre tynnere, mer fleksibel kroppsrustning. Nå har han funnet ut hvordan han innkapsler væskene i en fleksibel stropp. Trekk stroppen forsiktig, så den utvides som elastisk. Trekk den raskt, så blir den stiv og låses. Denne teknologien, som Wetzel kaller "RAT-stropper" (for "rate-aktiverte tethers"), kan være nyttig på en rekke områder, fra militæret til profesjonell friidrett til hjemmet.
"Hva disse stroppene gir deg muligheten til å gjøre er å tillate menneskelig bevegelse i regelmessige hastigheter, men når det er noe virkelig voldelig som skjer, sparker de inn og gir motstand, " sier Wetzel.
De siste årene har Wetzel jobbet med NFL for å utvikle et system med RAT-stropper for å holde hjelmer på plass og for å forhindre hodeskader. Han og teamet hans har bygget en plattform i laboratoriet for å ligne forholdene på et NFL-spillefelt, og har utsatt en krasjtestdummy med hjelm for gjentatte taklingssimuleringer. Når du hadde på hjelmen festet til kroppen med tethers løpende nedover nakken til øvre del av ryggen, ble toppakselerasjonen som oppdaget av gummihodet, redusert med 50 prosent. Det kan være forskjellen mellom en mindre støt og en alvorlig hjernerystelse.
Wetzel regner med å ha fungerende prototyper av de sammenkoblede hjelmer klare i løpet av de neste to månedene, på hvilket tidspunkt han og teamet hans vil begynne brukertesting, til å begynne med å få folk til å bruke hjelmer for å rapportere hvordan de har det, og senere gå videre til faktisk takling. Hvis testene er vellykkede, vil de tidligste brukerne sannsynligvis være idrettsutøvere på videregående skole enn proffer.
"NFL-spillere vil ikke bruke noe som hindrer hastighet eller smidighet selv, " sier Wetzel. "De vil ikke være adoptere tidlig."
Sokklignende ankelstivere ved hjelp av skjærfortykkende væske (GoXStudio) Plagg og klammeparenteser som tykner med væske, kan også beskytte andre deler av kroppen, for eksempel ankelen eller kneet. Dette er spesielt viktig for soldater.
“Hvis du ser på viktigste årsaker til tapte tid for soldater, er det vanligvis ikke at de ble skutt; den vanligste tingen er faktisk at noen har vridd et kne, kastet ryggen, skadet nakken, sier Wetzel. "Det er ikke overraskende, fordi de har 100 pund på ryggen og løper over ulendt terreng, noen ganger om natten."
For rundt fem år siden møtte Wetzel forskere fra Defense Advanced Research Projects Agency (DARPA), som var interessert i teknologier for å redusere denne typen muskel- og skjelettskader. Fallskjermjegere har særlig høy risiko for ankelskader, da de treffer bakken i høye hastigheter. DARPA-teamet hadde jobbet med en stiv ankelstag for å ta utslaget. Det fungerte, men fallskjermjegere kunne ikke løpe i den.
Så Wetzel utviklet en prototype av en stag ved hjelp av skjærfortykningsvæske innkapslet i stoff. Dette var den originale RAT-stroppeteknologien. Nå har en av DARPA-forskerne Wetzel møtte med, oberstløytnant Joe Hitt, forlatt hæren og startet et selskap som lager bukseseler basert på Wetzels arbeid.
En av de viktigste årsakene til ankelforstuing er den reduserte reaksjonstiden som følger med tretthet eller overraskelse.
"Ankelen begynner å rotere, og du skjønner den ikke snart nok, " sier Wetzel. "En ankelstøtte må egentlig bare bremse den rotasjonen for å gi hjernen din tid til å ta igjen."
En ankelstiver basert på skjærfortykningsvæske kan bevege seg med kroppen som en neoprensokk. Men når ankelen begynner å snu voldsomt, stivner væsken.
I Tennessee gjør bedriftseier og hærveteran Russ Hubbard Wetzels RAT-stropper til enheter for fysisk rehabilitering. Lange gummibånd brukes ofte til strekk og motstand i fysioterapi. Hubbard lager band fylt med skjærfortykningsvæske. Jo hardere du drar dem, jo strammere blir de. Og når du slipper, er det ingen rebound. Dette betyr at det er trygt for pasienter å trekke bandene så hardt de kan uten frykt for å bli truffet i ansiktet hvis de slipper den ene enden.
Lage tethers for rehabiliteringsbandene (Jhi Scott, ARL Photographer) "Med denne teknologien har du alltid muligheten til å presse på det maksimale potensialet ditt er akkurat i det øyeblikket, " sier Hubbard. "Du begrenser ikke hva pasienten er i stand til å gjøre, og forhåpentligvis betyr det at det blir raskere bedringstid."
Hubbard samarbeider med forskere fra University of Montana om en studie av bandene. Hvis det er vellykket, håper han å ha dem på markedet neste år.
Wetzel ser for seg at teterteknologien hans blir brukt på veien som en slags halvveis mellom klær og et eksoskjelett. Plagg laget av væskefylte tether kan støtte forskjellige kroppsdeler, forbli myke når brukeren er stille eller beveger seg sakte, og bli fast og støttende med plutselig bevegelse, for eksempel sammenbruddet av et knep.
Interesse for skjærfortykkende væsker er "definitivt noe som har vokst mye i forskningsmiljøet de siste fem årene, " sier Eric Brown, professor i maskinteknikk og materialvitenskap ved Yale.
Forskere har undersøkt skjærfortykkende væsker i mer enn 80 år, sier Brown, men de begynner bare å forstå hvordan og hvorfor de fungerer slik de gjør.
"Vi bare blander vann og maisstivelse - de virker som enkle ting på egen hånd, " sier Brown. "Ideen om at vi ikke forstår mye om hvordan det fungerer, er noen ganger suprising for mennesker."
Forskning på støtbeskyttelse ved bruk av skjærfortykkende væsker er "veldig lovende, " sier Brown. Han tror vi sannsynligvis vil se en rekke produkter, for eksempel skjærfortykkende væskeforsterkede sykkelhjelmer, på markedet de kommende årene. D30, et skjærfortykningsvæske laget av polymerer suspendert i et flytende smøremiddel, er allerede brukt i gjenstander fra snowboardutstyr til mobiltelefonsaker.
For de av oss som er ivrige etter å utforske magien med skjærfortykkende væske hjemme, vær advart: Hvis du tenker på å fylle et barnebasseng med oobleck for å "gå på vann" som YouTubers, er det vanskeligere enn det ser ut. Brown vet - han har gjort det noen ganger, bare for moro skyld.
"Det vanskeligste er at du trenger å blande tingene, " sier han. "Vi måtte leie en sementblander fra Home Depot."
