0

2
2

文字

分享

0
2
2

保護腦袋都靠它!——安全帽的科學技術

胡中行_96
・2022/06/02 ・2277字 ・閱讀時間約 4 分鐘
相關標籤: 安全帽 (3)

不管是看泛科學小編計算「九天玄女的加速度」,還是挑戰怎麼包裝「雞蛋自由落體」才不會破,結果成功與否都歡樂無限。[1]因為摔完死活都是別人,一概事不關己。

然而,如果今天摔的是您的腦袋呢?

圖/GIPHY

都柏林大學腦創傷模型

秉持著「死道友,無死貧道(臺語)」的精神,一群加拿大的科學家拿假人頭來試砸,再用「都柏林大學腦創傷模型」(University College Dublin Brain Trauma Model,簡稱 UCDBTM)加以分析。

UCDBTM 的根據,是一顆被拿去做了「電腦斷層掃描」(computed tomography,簡稱 CT)和「核磁共振」(magnetic resonance imaging,簡稱 MRI)的死人腦袋。這個 3D 有限元素模型(three-dimensional finite element model),以大約 2 萬 6 千個六面體元素,來代表頭皮、顱骨、軟腦膜、腦鐮、腦幕、腦脊髓液、灰質與白質、小腦以及腦幹。換句話說,頭部重要的組成都涵蓋進去了。[2]

安全帽衝擊測試

實驗設計與過程

就像「雞蛋自由落體」賽事,東西若直接丟,多沒看頭。絕對要拿出誠意,用心較量包裝技術。在這個砸假人頭的實驗中,加拿大科學家們選了 3 款市面上買得到的自行車安全帽,每款各買 4 頂來「拚場」(臺語發音:piànn-tiûnn):[2]

-----廣告,請繼續往下閱讀-----
三款安全帽。圖/參考資料 2
  1. 【一號】:一般有「貼合棘輪機制」(fit ratchet mechanism)、「保麗龍」(expanded polystyrene,簡稱 EPS【註釋1】內襯和「舒適泡棉」(comfort foam)的自行車安全帽。[2]棘輪的位置在後腦杓的方向,轉動即可調整鬆緊貼合頭部,不會任意鬆脫。[3][4]
  2. 【二號】:採「多向衝擊保護系統」(Multi-Directional Impact Protection System,縮寫 MIPS),含有「旋轉科技減震層」(rotational technology low-friction layer)的自行車安全帽 。[2]當頭部受到衝擊時,減震層可以提供 10~15 mm 多方向的移動空間,減少旋轉的作用力。[5][6]
  3. 【三號】:「旋轉科技」(rotational technology)自行車安全帽,內附數個裝著低黏度無色「礦物油」的「熱塑性胺甲酸乙酯」(thermoplastic urethane)囊袋。[2]

戴著安全帽的假人頭依序被送上「單軌掉落支架系統」(monorail drop rig system)之後,緊張刺激的時刻便來臨了。[2]鑼鼓聲催落去~

MIPS 安全帽動態模擬實測影片。How Mips helmets are tested

碰、碰、碰!3 組皆以每秒 6.5 公尺的衝擊速度(impacting velocity),撞在 45 度角、80 粒度(grit)[註2]的鐵砧表面上。[2]

實驗結果

愉悅的時光稍縱即逝,徒留感傷的驗屍工作:整體來說,【一號】安全帽慘敗;而【二號】與【三號】的精湛科技,表現不同凡響。

【二號】的減震層和【三號】的礦物油囊袋,不僅降低了線性和旋轉加速度的峰值(最大值),還減少腦部灰質與白質所受的衝擊。此外,【三號】對頭部前方、兩側以及頭頂的保護,更勝【二號】。[2]總歸,一般自行車安全帽雖然也不是完全沒用,但保護力就是不及「旋轉科技」。該研究成果於 2022 年 5 月 11 日,登上《科學報告》(Scientific Reports)期刊。[2]

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

挑選適合的安全帽保護腦袋

然而「旋轉科技」不僅有實驗中的類型,其運用也不單出現在自行車安全帽上。制定安全帽國際認證標準的「Snell 紀念基金會」,2021 年講解「旋轉科技」衝擊測試的資料中,採用了一款全罩式安全帽。[7]專攻 MIPS 技術的廠商官網,介紹機車安全帽時,則提及全罩式、可樂帽(modular)、半罩式和開放式等類型。不過,該廠商最後依然強調開放式安全帽,僅適用於低速騎乘;為了安全起見,速度稍快時,全罩式才是首選。[8]

所以從科學實證的角度來說,讀者一定知道要怎麼挑,只是生活於臺灣這種亞熱帶國家,在夏天無疑會是殘酷的耐熱考驗。

註釋

  1. 原文「expanded polystyrene」,縮寫「EPS」,直譯為「發泡性聚苯乙烯」,就是俗稱的「保麗龍」(styrofoam)。[9][10]
  2. 粒度(grit):砂紙表面粗糙程度的單位。數字愈大,表面愈細緻;數字愈小,表面愈粗糙。[11]

參考資料

  1. 九天玄女的加速度(泛科學,2022)
  2. Evaluation of two rotational helmet technologies to decrease peak rotational acceleration in cycling helmets(Scientific Reports, 2022)
  3. Difference Between Slide Lock and Mega Ratchet Safety Helmet Adjustments(Direct Textile Store, 2019)
  4. H700 H800 Hard Hat Video(3M Worker Health and Safety, 2017)
  5. Frequently asked questions about the science and technology behind Mips(Mips)
  6. MIPS多向衝擊防護系統(捷安特)
  7. Snell Premium Protection Helmet Standards(Snell Memorial Foundation, 2021)
  8. Checklist for choosing a motorcycle helmet(Mips)
  9. 包裝用保麗龍常識篇(中華民國保麗龍回收再生協會)
  10. Styrofoam(國家教育研究院,2012)
  11. Sandpaper Grit Charts & Grades(Grainger, 2017)
-----廣告,請繼續往下閱讀-----
文章難易度
胡中行_96
169 篇文章 ・ 67 位粉絲
曾任澳洲臨床試驗研究護理師,以及臺、澳劇場工作者。 西澳大學護理碩士、國立台北藝術大學戲劇學士(主修編劇)。邀稿請洽臉書「荒誕遊牧」,謝謝。

0

0
0

文字

分享

0
0
0
從奈米微塵到化學氣體, HEPA 與活性碳如何聯手打造純淨空氣?
鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
・2026/04/17 ・4433字 ・閱讀時間約 9 分鐘

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

本文由 Amway 委託,泛科學企劃執行。

很多人可能沒想到,無論是家用的空氣清淨機,還是造價動輒百億的頂尖晶圓廠,它們對抗污染的核心武器並非什麼複雜的雷射防護罩,而是一片外觀像紙一樣的 HEPA 濾網
在半導體產業的無塵室中,「乾淨」的定義極其殘酷:一粒肉眼看不見的灰塵,就足以讓造價數百萬美元的晶圓直接報廢 / 圖片來源:envato

到底怎樣才算是「乾淨」?這不是什麼靈魂拷問,而是一個價值上億的商業命題。

在半導體產業的無塵室中,「乾淨」的定義極其殘酷:一粒肉眼看不見的灰塵,就足以讓造價數百萬美元的晶圓直接報廢。空氣品質的好壞,甚至能成為台積電(TSMC)決定是否在當地設廠的關鍵性指標。回到你的家中,雖然不需要生產精密晶片,但我們呼吸系統中的肺泡同樣精密,卻長期暴露在充滿 PM2.5、病毒以及各種揮發性氣體的環境中。為了守護健康,你可能還要付費購買「乾淨的空氣」來用。

因此,空氣議題早已超越單純的環保範疇,成為同時影響國家經濟與個人健康的重要問題。

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

很多人可能沒想到,無論是家用的空氣清淨機,還是造價動輒百億的頂尖晶圓廠,它們對抗污染的核心武器並非什麼複雜的雷射防護罩,而是同一件看起來平凡無奇的東西:一片外觀像紙一樣的 HEPA 濾網。但你真的相信,就憑這層厚度不到幾公分的板子,能擋住那些足以毀滅精密晶片、滲透人體細胞的「奈米級刺客」嗎?

這片大家都聽過的 HEPA 濾網,裡面到底是什麼?

首先,我們必須打破一個直覺上的誤解:HEPA 濾網(High Efficiency Particulate Air filter)在本質上其實並不是一張「網」。

細懸浮微粒 PM2.5,是指粒徑在 2.5 微米以下的污染物,它們能穿過呼吸道直達肺泡,並穿過血管引發全身性發炎。但這只是基本,在工廠與汽車尾氣中,還存在粒徑僅有 1 微米的 PM1,甚至是小於 0.1 微米的「超細懸浮微粒」(UFP,即 PM0.1)。 UFP 不僅能輕易進入血液,甚至能繞過血腦屏障(BBB),進入大腦與胎盤,其破壞力十分可怕。

如果 HEPA 濾網像水槽濾網或麵粉篩一樣,單靠孔目大小來「過濾」粒子,那麼為了攔截奈米微粒,濾網的孔目只能無限縮小到幾乎不透氣的程度。更別說在台積電或 Intel 的製程工程師眼裡,一般人認為的「乾淨」,在工程師眼裡簡直像沙塵暴一樣。對於線寬僅有 2 奈米3 奈米(相當於頭髮直徑萬分之一)的晶片而言,空氣中一顆微小的塵埃,就是一顆足以毀滅世界的隕石。

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

因此,傳統的過濾思維並非治本之道,我們需要的是原理截然不同的過濾方案。這套技術的雛形,最早可追溯至二戰時期的「曼哈頓計畫」。

HEPA 的前身,誕生於曼哈頓計畫!

1940 年代,製造濃縮鈾是發展原子彈的關鍵。然而,若將排氣直接排向大氣,會導致致命的放射性微粒擴散。負責解決這問題的是 1932 年諾貝爾化學獎得主歐文·朗繆爾(Irving Langmuir),他是薄膜和表面吸附現象的專家。他開發了「絕對過濾器」(Absolute Filter),其內部並非有孔的篩網,而是石綿纖維。

有趣的來了,如果把過濾器放到顯微鏡下,你會發現纖維之間的空隙,其實比某些被攔截的粒子還要大。那為什麼粒子穿不過去呢?這是因為在奈米尺度下,物理規則與宏觀世界完全不同。極微小的粒子在空氣中飛行時,並非走直線,而是會受到空氣分子撞擊,而產生「布朗運動」(Brownian Motion),像個醉漢一樣東倒西歪。

當粒子通過由緻密纖維構成的混亂迷宮時,布朗運動會迫使它們不斷轉彎、移動,最終撞擊到帶有靜電的纖維上。這時,靜電的吸附力會讓纖維就像蜘蛛網般死死黏住微粒。那些狂亂移動的奈米刺客,就這樣被永久禁錮迷宮中。

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

現在最常見的 HEPA 材料,是硼矽酸鹽玻璃纖維。

現代 HEPA 濾網最常見的核心材料為硼矽酸鹽玻璃纖維。這些玻璃纖維的直徑通常介於 0.5 至 2 微米之間,它們在濾網內隨機交織,像是一座茂密「黑森林」。微粒進入這片森林後,並非僅僅面對一層薄紙,而是得穿越一個具有厚度且排列混亂的纖維層,微粒極有可能在布朗運動的影響下撞擊並黏附在某根玻璃絲上。

除此之外,HEPA 濾網在外觀上還有一個極具辨識度的特徵,那就是像手風琴般的摺紙結構。濾材會被反覆摺疊、摺成手風琴的形狀,中間則用鋁箔或特殊的防潮紙進行結構支撐,目的是增加表面積。這不僅為了捕獲更多微粒,而是要「降低過濾風速」。這聽起來可能有點反直覺:過濾不是越快越好嗎?

其實,這與物理學中的流速控制有關。想像一條水管,如果你捏住出口,水流會變得湍急;若將出口放開並擴大,雖然總出水量不變,但出水處的流速會變得緩慢。對於 HEPA 濾網而言,當表面積越大,單位面積所需承載的空氣量就越少,空氣穿透濾網的速度也就越低。

低流速代表微粒停留在濾網內的時間也更久,增加被捕捉的機會。此外,越大的表面積也為 HEPA 濾網帶來了高「容塵量」,延長了使用壽命,這正是它能夠稱霸空氣清淨領域多年的主因。

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

然而,即便都叫做 HEPA 高效率空氣微粒子過濾網 (High Efficiency Particulate Air filter),但每個 HEPA 的成分與結構還是會不一樣。例如 安麗逸新空氣清淨機 SKY ,其標榜「可過濾粒徑最小至 0.0024 微米」的污染物,去除率高達 99.99%。

0.0024 微米是什麼概念?塵蟎、花粉、皮屑或黴菌孢子,大小約在 2 至 200 微米;細懸浮微粒  PM2.5 大小約 2.5 微米,細菌也大概這麼大。最小的其實是粒徑小於 0.1 微米的「超細懸浮微粒」,大多數的病毒(如流感、新冠病毒)都落在此區間。對安麗逸新 的HEPA濾網來說,基本上通通都是可被攔截的榜上名單。

在過敏防護上,它更獲得英國過敏協會(Allergy UK)認證,能有效處理 19 大類、102 種過敏原,濾除空氣中超過 300 種氣態與固態污染物。

同樣的過濾邏輯一旦進入半導體無塵室,就必須換一條更為嚴苛的技術路線。因為硼矽酸鹽玻璃纖維對晶圓來說有個致命傷,就是「硼 (Boron)」 / 圖片授權:Shutterstock

然而,同樣的過濾邏輯一旦進入半導體無塵室,就必須換一條更為嚴苛的技術路線。因為硼矽酸鹽玻璃纖維對晶圓來說有個致命傷,就是「硼 (Boron)」。

在半導體製程中,硼是常見的 P 型摻雜物,用來精準改變矽晶圓的電性。如果濾網有任何微小的破損、老化或化學侵蝕,進而釋放出極微量的硼離子,就可能直接污染晶圓,改變其導電特性,導致晶片報廢。

此外,無塵室要求的是比 HEPA 更極致的 ULPA(超低穿透率空氣濾網) 等級的潔淨度。ULPA 的標準通常要求對 0.12 微米 的粒子達到 99.999% 甚至 99.9999% 的超高攔截率。在奈米級的競爭中,任何多穿透的一顆微塵,都代表著一筆不小的經濟損失。

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

為了解決「硼」的問題並追求極限的過濾效率,材料學家搬出了塑膠界的王者,PTFE 也鐵氟龍。鐵氟龍不僅耐酸鹼、耐腐蝕,還能透過拉伸製成直徑僅 0.05 至 0.1 微米 的極細纖維,其細度遠勝玻璃纖維。雖然 PTFE 耐化學腐蝕,但它既昂貴且物理上也很脆弱,安裝時若不小心稍微觸碰,數萬元的濾網就可能報銷。因此,你只會在晶圓廠而非一般家庭環境看到它。

即便如此,在空氣濾淨系統中,還有一樣是無塵室和你家空氣清淨器上面都有的另一張濾網,就是活性碳濾網。

活性碳如何從物理攔截跨越到分子吸附?

好不容易將微塵擋在門外時,危機卻還沒有解除。因為空氣中還隱藏著另一類更難纏的大魔王:AMC(氣態分子污染物)

HEPA 或 ULPA 這類物理濾網雖然能攔截固體微粒,但面對氣態分子時,就像是用網球拍想撈起水一樣徒勞。這些氣態分子如同「幽靈」一般,能輕易穿過物理濾網的縫隙,其中包括氮氧化物、二氧化硫,以及來自人體的氨氣與各種揮發性有機物(VOCs)。

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

為了對付這些幽靈,我們必須在物理防線之外,加裝一道「化學濾網」。

這道防線的核心就是我們熟知的活性碳。但這與烤肉用的木炭不同,這裡使用的是經過特殊改造的「浸漬處理(Impregnation)」活性碳。材料科學家會根據敵人的不同性質,在活性碳上添加不同的化學藥劑:

  • 酸鹼中和:對付氮氧化物、二氧化硫等酸性氣體,會在活性碳上添加碳酸鉀、氫氧化鉀等鹼性藥劑,透過酸鹼中和反應將有害氣體轉化為固體鹽類。反之,如果添加了磷酸、檸檬酸等酸性藥劑,就能中和空氣中的氨氣等鹼類。
  • 物理吸附與凡德瓦力:對於最麻煩的有機揮發物(VOCs,如甲醛、甲苯),因為它們不具酸鹼性,科學家會精密調控活性碳的孔徑大小,利用龐大的「比表面積」與分子間的吸引力(凡德瓦力),像海綿吸水般將特定的有機分子牢牢鎖在孔隙中。
活性碳如何從物理攔截跨越到分子吸附? / 圖片來源:Amway

空氣濾淨的終極邏輯:物理與化學防線的雙重合圍

在晶圓廠這種對空氣品質斤斤計較的極端環境,活性碳的運用並非「亂槍打鳥」,而是一場極其精密的對戰策略。

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

工程師會根據不同製程區域的空氣分析報告,像玩 RPG 遊戲時根據怪物屬性更換裝備一樣——「打火屬性怪要穿防火裝,打冰屬性則換上防寒裝」。在最關鍵的黃光微影區(Photolithography),晶圓最怕的是人體呼出的氨氣,此時便會配置經過酸性藥劑處理的活性碳進行精準中和;而在蝕刻區(Etching),若偵測到酸性廢氣,則會改用鹼性配方的濾網。這種「對症下藥」的客製化邏輯,是確保晶片良率的唯一準則。

而在你的家中,雖然我們無法像晶圓廠那樣天天進行空氣成分分析,但你的肺部同樣需要這種等級的保護。安麗逸新空氣清淨機 SKY 的設計邏輯,正是將這種工業級的精密防護帶入家庭。它不僅擁有前述的高規 HEPA 濾網,更搭載了獲得美國專利的活性碳氣味濾網。

關於活性碳,科學界有個關鍵指標:「比表面積(Specific Surface Area)」。活性碳的孔隙越多、表面積越大,其吸附能力就越強。逸新氣味濾網選用高品質椰殼製成的活性碳,並經過高溫與蒸氣的特殊活化處理,打造出多孔且極致高密度的結構。

這片濾網內的活性碳配重達 1,020 克,但其展開後的總吸附表面積竟然高達 1,260,000 平方公尺——這是一個令人難以想像的數字,相當於 10.5 個台北大巨蛋 的面積。這種超高的比表面積,是市面上常見濾網的百倍之多。更重要的是,它還添加了雙重觸媒技術,能特別針對甲醛、戴奧辛、臭氧以及各種細微的異味分子進行捕捉。這道專利塗層防線,能將你從裝潢家具散發的有機揮發氣體,或是路邊繁忙車流的廢氣中拯救出來,成為全家人的專屬空氣守護者。

總結來說,無論是造價百億的半導體無塵室,還是守護家人的空氣清淨機,其背後的科學邏輯如出一轍:「物理濾網攔截微粒,化學濾網捕捉氣體」。只有當這兩道防線同時運作,空氣才稱得上是真正的「乾淨」。

進一步了解商品:https://shop.amway.com.tw/products/2071?navigationType=brand&

-----廣告,請繼續往下閱讀-----
文章難易度

討論功能關閉中。

鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
246 篇文章 ・ 319 位粉絲
充滿能量的泛科學品牌合作帳號!相關行銷合作請洽:contact@pansci.asia

0

2
0

文字

分享

0
2
0
最新自行車帽設計 MIPS,抵抗側向與旋轉碰撞是怎麼回事?
PanSci_96
・2023/06/04 ・1958字 ・閱讀時間約 4 分鐘

你騎自行車時會戴安全帽嗎?

今年 4 月起日本新規上路,所有騎士不分年齡,騎自行車都必須戴上安全帽,自行車用品店安全帽的銷量直線上升,熱門產品更賣到缺貨。

台灣目前道路相關法規僅規定機車、電動(輔助)自行車要戴安全帽,一般沒有電力輔助的腳踏自行車,還未特別規定要戴安全帽。

自行車的安全帽到底防護效果如何,得要從設計看起;最近的新科技 MIPS 號稱能降低側撞與旋轉衝擊,什麼是旋轉衝擊?什麼是 MIPS 呢?

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

都柏林大學腦創傷模型

想要知道這樣摔、那樣摔會有什麼下場?這就需要用假人頭來分析;最著名的實驗模型就是「都柏林大學腦創傷模型」(University College Dublin Brain Trauma Model , UCDBTM)。

UCDBTM 最初發表在 2003 年,是使用男性屍體的腦袋進行「電腦斷層掃描」(computed tomography , CT)和「核磁共振」(magnetic resonance imaging , MRI),開發模擬頭部幾何形狀及頭內部壓力反應的模型,透過一系列屍體衝擊測試,進行參數調整,觀察不同衝擊對於大腦和腦脊液(CSF)體積和剪應力的影響。

在研究的 3D 有限元素模型(three-dimensional finite element model),以大約 2 萬 6 千個六面體元素,來代表頭皮、顱骨、軟腦膜、腦鐮、腦幕、腦脊髓液、灰質與白質、小腦以及腦幹,也就是整個頭部重要的組成都涵蓋進去了。

 3D 有限元素模型頭部重要的組成都涵蓋進去。圖/Envato Elements

安全帽衝擊測試

2022 年 5 月在《Scientific Reports》上的一篇研究,團隊利用先前提到的 UCDBTM 假人頭模型試砸,目的是想了解頭部撞擊的旋轉加速度。為什麼要那麼在意旋轉衝擊?

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

在全球車禍直接撞擊造成腦部損傷的機率較小,相比之下,側撞和旋轉衝擊才是最可怕的傷害方式,這是因為人在車禍中會有自主閃避的反應;物理上來說,我們就是身處在移動中的慣性狀態,所以旋轉衝擊,特別是導致腦部受損和致命傷的主要原因。

而在這篇安全帽衝擊研究,團隊選了 3 種已上市的自行車安全帽 ,每種各買 4 頂來 PK,這三款安全帽分別是:

  1. 一般有「貼合棘輪機制」、「EPS 保麗龍」內襯的自行車安全帽。為最常見的安全帽規格,而棘輪的位置在後腦杓,轉動可以調整鬆緊,讓安全帽貼合頭部不會任意鬆脫。
  2. 採用「多向衝擊保護系統」(Multi-Directional Impact Protection System)簡稱 MIPS,MIPS 是一層安裝在安全帽內部的保護裝置,當頭部受到衝擊時,減震層可以提供 1 到 1.5 公分  多方向的移動空間,利用在安全帽內部滑動,緩衝側面撞擊或是旋轉所造成的作用力。
  3. 安裝數個裝著低黏度無色「礦物油」的「熱塑性胺甲酸乙酯 TPU」囊袋,利用這些囊袋緩衝頭部衝擊。

戴著安全帽的假人頭依序被送上「單軌掉落支架系統」之後,再分別以每秒 6.5 公尺的衝擊速度(時速每小時 23 km)自由落體撞擊貼上 80 粒度(grit)砂紙、45 度角的鐵砧表面上,模擬自行車摔車時的高摩擦衝擊狀態。

以實驗的結果來說,作為對照組的【一號】安全帽表現整體來說比較差,雖然一號傳統安全帽在線型加速度控制能力,不輸【二號】,但【二號】與【三號】所加持的旋轉控制科技,表現明顯出色;【二號】的減震層和【三號】的礦物油囊袋,不僅降低了線性和旋轉加速度的峰值(最大值),還減少腦部灰質與白質所受的衝擊。顯然 MIPS 以及類似這類防側撞和旋轉衝擊的新科技,確實有明顯的保護效果。

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

科學證實戴帽更安全!

日本安全帽新規已上路,台灣該跟上,還是維持現況呢?圖/Envato Elements

2018 年刊登在《事故分析與預防》期刊(Accident Analysis & Prevention)的薈萃分析研究,從 1989 年至 2017 年的 55 項研究,共 179 個效果估計;結果顯示,使用安全帽可將頭部損傷減少 48%,嚴重頭部損傷減少 60%,創傷性腦損傷減少 53%,面部損傷減少 23%,造成死亡或重傷的總數減少 34%。

總之,科學實證強烈建議騎自行車必須佩戴安全帽。

只是在台灣這種亞熱帶氣候,夏天悶熱考驗也是避不掉的,另外也有不少反對強制立法配戴安全帽的人表示,不想要在騎 Ubike 時被強制戴「共用」安全帽,覺得很不衛生。而且覺得強制規定戴安全帽,反而會降低大眾使用自行車替代汽機車的都市減碳目標。

回到開頭,日本新規已上路,所有騎士不分年齡,騎自行車都必須戴上安全帽,而台灣目前還只有機車、電動自行車要戴安全帽;台灣該跟上,還是維持現況呢?

歡迎訂閱 Pansci Youtube 頻道 獲取更多深入淺出的科學知識!

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

0

0
0

文字

分享

0
0
0
國王的安全帽-隱形自行車安全帽
小斑
・2013/11/28 ・1120字 ・閱讀時間約 2 分鐘 ・SR值 457 ・五年級

注意看,只有聰明的人才看得到這個女生戴了隱形安全帽。
看不到嗎?沒關係,看完本文大家都會變成聰明人。

騎腳踏車最煩的事情,除了要一直踩踏板以外,大概就是戴安全帽了吧!什麼?你說臺灣現在根本沒人平常在街上騎腳踏車在戴安全帽的?很明顯就是因為超不方便又超不舒服,所以大家都懶得戴。但是安全帽又的確能夠保護我們的頭部,免於遭受撞擊,於是瑞典的兩個女生花了七年時間,在去年推出:隱形的安全帽

這傢伙也有戴他的安全帽喔!

畢竟傳統的安全帽不僅體積很大沒地方放,外觀又很醜,還會壓壞髮型,用悶熱的泡沫塑膠做成,很不舒服。於是革命性的產品就誕生了!同樣能保護頭部卻沒有上述那些缺點。這個發明在2011年奪下哥本哈根Index設計大獎。來看一下實體展示:

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

看完大家應該明白,是一個安全氣囊的概念。像一條圍巾的Hövding 內建電池、加速計和陀螺儀,當然還有半導體晶片。當檢測到使用者頭部發生大幅度動作時(如遭遇碰撞、跌倒),會立即向安全氣囊模組發送警示訊號,安全氣囊可在十分之一秒內充滿氦氣展開,包裹住頭部。

會不會擔心你如果坐在辦公室裡,結果不小心就打開了呢?因為這個圍巾是要充電的,很貼心的也有設計電源開關,不需要的時候關閉電源就行了。但是如果你擔心像一些犯罪影集演的一樣,隨便就被人從樓梯推下去了話,整天開著也是沒問題,只是就要每天晚上充電了。

其實就算不關電源,正常狀況下也是不會打開的。那系統要怎麼判別你真的遇到危險的意外呢?他們過去幾年蒐集了正常騎腳踏車的震動圖譜,還有用假人進行了一連串的意外實驗,因此你蹲下來幫腳踏車打氣、或是緊急煞車都不會開啟安全氣囊。

以下為一些意外狀況的震動圖譜:

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

隱形安全帽

最後要注意的事情就是,如果有人從陽台上拿一個花盆砸你,這個隱形的安全帽就幫不上忙,因為你沒有瞬間改變速度。(可能要被砸到倒地以後,安全氣囊才會彈開)所以颱風天還是傳統安全帽比較保險。

網路上的評價說400歐元(約台幣一萬六)的售價太高,就看你願不願意花這麼多錢保護自己的生命囉!(去年的價格是600歐元)因為這種安全氣囊是一次性的產品,雖然部分保險公司有提供使用過後再換新的服務。

但我最大的感想是,不愧是瑞典人的發明,在臺灣夏天的話不就熱死了?

最後一張圖,這大概就是九把刀說的:「即使跌倒了,姿勢也要很豪邁。」

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

 

參考資料:

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

0

2
2

文字

分享

0
2
2
保護腦袋都靠它!——安全帽的科學技術
胡中行_96
・2022/06/02 ・2277字 ・閱讀時間約 4 分鐘
相關標籤: 安全帽 (3)

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

不管是看泛科學小編計算「九天玄女的加速度」,還是挑戰怎麼包裝「雞蛋自由落體」才不會破,結果成功與否都歡樂無限。[1]因為摔完死活都是別人,一概事不關己。

然而,如果今天摔的是您的腦袋呢?

圖/GIPHY

都柏林大學腦創傷模型

秉持著「死道友,無死貧道(臺語)」的精神,一群加拿大的科學家拿假人頭來試砸,再用「都柏林大學腦創傷模型」(University College Dublin Brain Trauma Model,簡稱 UCDBTM)加以分析。

UCDBTM 的根據,是一顆被拿去做了「電腦斷層掃描」(computed tomography,簡稱 CT)和「核磁共振」(magnetic resonance imaging,簡稱 MRI)的死人腦袋。這個 3D 有限元素模型(three-dimensional finite element model),以大約 2 萬 6 千個六面體元素,來代表頭皮、顱骨、軟腦膜、腦鐮、腦幕、腦脊髓液、灰質與白質、小腦以及腦幹。換句話說,頭部重要的組成都涵蓋進去了。[2]

安全帽衝擊測試

實驗設計與過程

就像「雞蛋自由落體」賽事,東西若直接丟,多沒看頭。絕對要拿出誠意,用心較量包裝技術。在這個砸假人頭的實驗中,加拿大科學家們選了 3 款市面上買得到的自行車安全帽,每款各買 4 頂來「拚場」(臺語發音:piànn-tiûnn):[2]

-----廣告,請繼續往下閱讀-----
三款安全帽。圖/參考資料 2
  1. 【一號】:一般有「貼合棘輪機制」(fit ratchet mechanism)、「保麗龍」(expanded polystyrene,簡稱 EPS【註釋1】內襯和「舒適泡棉」(comfort foam)的自行車安全帽。[2]棘輪的位置在後腦杓的方向,轉動即可調整鬆緊貼合頭部,不會任意鬆脫。[3][4]
  2. 【二號】:採「多向衝擊保護系統」(Multi-Directional Impact Protection System,縮寫 MIPS),含有「旋轉科技減震層」(rotational technology low-friction layer)的自行車安全帽 。[2]當頭部受到衝擊時,減震層可以提供 10~15 mm 多方向的移動空間,減少旋轉的作用力。[5][6]
  3. 【三號】:「旋轉科技」(rotational technology)自行車安全帽,內附數個裝著低黏度無色「礦物油」的「熱塑性胺甲酸乙酯」(thermoplastic urethane)囊袋。[2]

戴著安全帽的假人頭依序被送上「單軌掉落支架系統」(monorail drop rig system)之後,緊張刺激的時刻便來臨了。[2]鑼鼓聲催落去~

MIPS 安全帽動態模擬實測影片。How Mips helmets are tested

碰、碰、碰!3 組皆以每秒 6.5 公尺的衝擊速度(impacting velocity),撞在 45 度角、80 粒度(grit)[註2]的鐵砧表面上。[2]

實驗結果

愉悅的時光稍縱即逝,徒留感傷的驗屍工作:整體來說,【一號】安全帽慘敗;而【二號】與【三號】的精湛科技,表現不同凡響。

【二號】的減震層和【三號】的礦物油囊袋,不僅降低了線性和旋轉加速度的峰值(最大值),還減少腦部灰質與白質所受的衝擊。此外,【三號】對頭部前方、兩側以及頭頂的保護,更勝【二號】。[2]總歸,一般自行車安全帽雖然也不是完全沒用,但保護力就是不及「旋轉科技」。該研究成果於 2022 年 5 月 11 日,登上《科學報告》(Scientific Reports)期刊。[2]

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

挑選適合的安全帽保護腦袋

然而「旋轉科技」不僅有實驗中的類型,其運用也不單出現在自行車安全帽上。制定安全帽國際認證標準的「Snell 紀念基金會」,2021 年講解「旋轉科技」衝擊測試的資料中,採用了一款全罩式安全帽。[7]專攻 MIPS 技術的廠商官網,介紹機車安全帽時,則提及全罩式、可樂帽(modular)、半罩式和開放式等類型。不過,該廠商最後依然強調開放式安全帽,僅適用於低速騎乘;為了安全起見,速度稍快時,全罩式才是首選。[8]

所以從科學實證的角度來說,讀者一定知道要怎麼挑,只是生活於臺灣這種亞熱帶國家,在夏天無疑會是殘酷的耐熱考驗。

註釋

  1. 原文「expanded polystyrene」,縮寫「EPS」,直譯為「發泡性聚苯乙烯」,就是俗稱的「保麗龍」(styrofoam)。[9][10]
  2. 粒度(grit):砂紙表面粗糙程度的單位。數字愈大,表面愈細緻;數字愈小,表面愈粗糙。[11]

參考資料

  1. 九天玄女的加速度(泛科學,2022)
  2. Evaluation of two rotational helmet technologies to decrease peak rotational acceleration in cycling helmets(Scientific Reports, 2022)
  3. Difference Between Slide Lock and Mega Ratchet Safety Helmet Adjustments(Direct Textile Store, 2019)
  4. H700 H800 Hard Hat Video(3M Worker Health and Safety, 2017)
  5. Frequently asked questions about the science and technology behind Mips(Mips)
  6. MIPS多向衝擊防護系統(捷安特)
  7. Snell Premium Protection Helmet Standards(Snell Memorial Foundation, 2021)
  8. Checklist for choosing a motorcycle helmet(Mips)
  9. 包裝用保麗龍常識篇(中華民國保麗龍回收再生協會)
  10. Styrofoam(國家教育研究院,2012)
  11. Sandpaper Grit Charts & Grades(Grainger, 2017)
-----廣告,請繼續往下閱讀-----
文章難易度
胡中行_96
169 篇文章 ・ 67 位粉絲
曾任澳洲臨床試驗研究護理師,以及臺、澳劇場工作者。 西澳大學護理碩士、國立台北藝術大學戲劇學士(主修編劇)。邀稿請洽臉書「荒誕遊牧」,謝謝。