Resultados “impactantes” cuando se compararon los cascos de la Primera Guerra Mundial con diseños militares modernos

Por Universidad de Duke15 de febrero de 2020

(Haga clic en la imagen para verla completa). Un casco francés de la Primera Guerra Mundial se encuentra debajo de un tubo de choque para probar qué tan bien protege al muñeco que se encuentra debajo de una onda de choque. La cresta en el centro del casco fue diseñada para desviar la metralla, pero también pudo haber ayudado a desviar la onda de choque, permitiendo que el casco superara incluso a los cascos de combate modernos. Crédito: Joost Op 't Eynde, Universidad de Duke

Los cascos de la Primera Guerra Mundial protegen contra las ondas de choque tan bien como el diseño moderno. El casco francés de Adrian sugiere que una geometría simple puede salvar los cerebros de las explosiones aéreas.

Ingenieros biomédicos de la Universidad de Duke han demostrado que, a pesar de los importantes avances en la protección contra balística e impactos contundentes, los cascos militares modernos no protegen mejor el cerebro de las ondas de choque creadas por explosiones cercanas que sus homólogos de la Primera Guerra Mundial. Y un modelo en particular, el casco francés Adrian, en realidad funcionó mejor que los diseños modernos en la protección contra explosiones aéreas.

La investigación podría ayudar a mejorar la protección contra explosiones de los futuros cascos mediante la elección de diferentes materiales, la superposición de múltiples materiales de diferente impedancia acústica o la alteración de su geometría.

Un vídeo de alta velocidad de un casco francés de la Primera Guerra Mundial bombardeado por una onda de choque diseñada para imitar una explosión de proyectiles de artillería alemana a pocos metros de distancia. Crédito: Joost Op 't Eynde, Universidad de Duke

Los resultados se publicaron en línea el 13 de febrero de 2020 en la revista PLOS ONE.

"Aunque descubrimos que todos los cascos proporcionaban una cantidad sustancial de protección contra las explosiones, nos sorprendió descubrir que los cascos de hace 100 años funcionaban tan bien como los modernos", dijo Joost Op 't Eynde, doctor en ingeniería biomédica. D. Estudiante de Duke y primer autor del estudio. "De hecho, algunos cascos históricos funcionaron mejor en algunos aspectos".

Los investigadores han comenzado recientemente a estudiar el daño cerebral que una onda de choque puede causar por sí sola, y con razón. Los cascos fueron diseñados originalmente para proteger de objetos penetrantes como balas y metralla, y las ondas explosivas matan mediante un traumatismo pulmonar mucho antes de causar incluso un daño cerebral menor.

Sin embargo, con la llegada de los chalecos antibalas, los pulmones de los soldados están mucho más protegidos de este tipo de explosiones que antes. Esto ha provocado que la incidencia de traumatismos pulmonares tras una explosión sea muy inferior a la de lesiones cerebrales o de columna en los conflictos militares modernos, a pesar de la diferencia en la tolerancia a las explosiones.

Si bien se han realizado estudios que sugieren que los cascos modernos brindan cierto grado de protección contra las ondas de choque, ningún casco actualmente utilizado ha sido diseñado específicamente para protección contra explosiones. Y debido a que los soldados de hoy que experimentan ondas de choque mientras usan chalecos antibalas no son tan diferentes de los soldados de hace 100 años que experimentaban ondas de choque mientras estaban en las trincheras, Op 't Eynde decidió ver si esos viejos diseños ofrecían alguna lección que aprender.

"Si bien descubrimos que todos los cascos brindaban una cantidad sustancial de protección contra las explosiones, nos sorprendió descubrir que los cascos de hace 100 años funcionaban tan bien como los modernos". — Joost Op 't Eynde

"Este estudio es, hasta donde sabemos, el primero en evaluar las capacidades de protección de estos cascos de combate históricos contra explosiones", dijo Op 't Eynde.

En colaboración con Cameron “Dale” Bass, profesor asociado de investigación de ingeniería biomédica en Duke, Op 't Eynde creó un sistema para probar el rendimiento de los cascos de la Primera Guerra Mundial del Reino Unido/Estados Unidos (Brodie), Francia (Adrian) y Alemania. (Stahlhelm) y una variante de combate actual de Estados Unidos (Casco de combate avanzado).

Los investigadores se turnaron para colocar diferentes cascos en la cabeza de un muñeco equipado con sensores de presión en distintos lugares. Luego colocaron la cabeza directamente debajo de un tubo de choque, que fue presurizado con helio hasta que una pared de la membrana estalló, liberando el gas en una onda de choque. Los cascos fueron probados con ondas de choque de diferente fuerza, cada una correspondiente a un tipo diferente de proyectil de artillería alemán que explota desde una distancia de uno a cinco metros.

Luego se comparó la cantidad de presión experimentada en la coronilla de la cabeza con tablas de riesgo de lesión cerebral creadas en estudios anteriores. Si bien todos los cascos proporcionaron una reducción de cinco a diez veces en el riesgo de hemorragia cerebral moderada, el riesgo para alguien que llevaba un casco francés "Adrian" de alrededor de 1915 era menor que para cualquiera de los otros cascos probados, incluido el moderno casco de combate avanzado.

Un casco Brodie utilizado por las fuerzas estadounidenses y británicas en la Primera Guerra Mundial es golpeado con una onda de choque para probar qué tan bien protege al muñeco que se encuentra debajo de las explosiones primarias. Crédito: Joost Op 't Eynde, Universidad de Duke

"El resultado es intrigante porque el casco francés se fabricó con materiales similares a los de sus homólogos alemán y británico, e incluso tenía una pared más delgada", dijo Op 't Eynde. “La principal diferencia es que el casco francés tenía un escudo encima de la corona. Si bien fue diseñado para desviar la metralla, esta característica también podría desviar las ondas de choque”.

También podría ser que, debido a que el sensor de presión estaba montado directamente debajo de la cresta, la cresta proporcionara una primera capa adicional para reflejar la onda de choque. Y el casco francés no mostró la misma ventaja en sensores de presión en ningún otro lugar. Para lugares como las orejas, el rendimiento parecía estar dictado por el ancho del ala del casco y la cantidad de cabeza que realmente cubría.

En cuanto al casco moderno, Op 't Eynde teoriza que su estructura en capas podría ser importante en su rendimiento. Debido a que una onda de choque se refleja cada vez que encuentra un nuevo material con una impedancia acústica diferente, la estructura en capas del casco moderno podría contribuir a su protección contra explosiones.

Pero sin importar qué casco se probó, los resultados indicaron claramente que los cascos podrían desempeñar un papel especialmente importante en la protección contra traumatismos cerebrales leves inducidos por explosiones. Según los investigadores, este hallazgo por sí solo muestra la importancia de continuar con este tipo de investigación para diseñar cascos que puedan absorber mejor las ondas de choque de explosiones cercanas.

"La diferencia que una simple cresta o un ala más ancha pueden hacer en la protección contra explosiones muestra cuán importante podría ser esta línea de investigación", dijo Op 't Eynde, quien inicialmente llegó a Duke con una beca de la Fundación Educativa Belga Estadounidense, que se estableció con fondos de los esfuerzos de ayuda estadounidenses en Bélgica durante la Primera Guerra Mundial. “Con todos los materiales modernos y las capacidades de fabricación que poseemos hoy, deberíamos poder realizar mejoras en el diseño de cascos que protejan de las ondas explosivas mejor que los cascos actuales o 100 hace años que."

Referencia: “Protección primaria contra ondas explosivas en el diseño de cascos de combate: una comparación histórica entre la actualidad y la Primera Guerra Mundial” por Joost Op 't Eynde, Allen W. Yu, Christopher P. Eckersley y Cameron R. Bass, 13 de febrero de 2020, PLOS ONE.DOI: 10.1371/diario.pone.0228802