【材料科技】讓美式足球員免於腦震盪之苦

■來自Virginia Commonwealth University的神經科學家Colello正在努著把磁鐵塞進頭盔中,利用磁鐵的斥力減少美式足球員受到的衝擊力。

圖片來源:電光人隊官網
圖片來源:電光人隊官網

撰文|方程毅

相信你在美國任何一個角落調查「最受歡迎的體育賽事」你都會得到一樣的答案:美式足球。美國職業美式足球聯盟NFL的冠軍戰超級盃(SuperBowl)是目前全世界電視收益最高的電視節目之一,2014年超級盃電視轉播中30秒的廣告就要價400萬美金,想當然爾,最重要的金雞母,也就是球員們的身體健康當然是最重要的。就算你就算對美式足球再不熟悉你也會依稀有個畫面:一群球員撲向某一處然後全部抱成一團。你一定會想:天啊撞成這樣難道都不會受傷嗎?沒錯,美式足球就是一個如此容易受傷的運動,球員也需要花較長的時間從比賽中的疲累甚至衝擊中恢復。跟美國其他職業運動相比,美式足球每一場與每一場的間隔時間相當久,美國職棒MLB每一隊在一個球季內要打162場例行賽,美國職籃NBA一季82場,而美式足球NFL呢?

16場。

你沒看錯,就是16場,只有MLB的十分之一,你就知道這項運動有多激烈了。

而在這些肢體衝撞中,對球員日後生涯中影響最大的便是腦震盪,雖然美式足球員都會配戴特製的頭盔,但比賽過程中的衝擊力實在太強大。因此在2014年的神經科學年會(the annual meeting of the Society for Neuroscience)中,來自Virginia Commonwealth University的RaymondColello教授便發表演說,提出一個新奇的想法,把磁鐵塞進頭盔中,利用磁鐵的斥力減輕球員受到的撞擊力。RaymondColello教授表示:「目前所有針對頭盔的設計或製造都是試著在撞擊後再把頭盔上受到的衝擊分散。」因此,有別於傳統,將磁鐵放入頭盔中,利用頭盔內磁鐵的斥力,就可以讓球員間頭對頭的衝撞力在還沒衝撞前就已經減輕了;而不是像目前主流的頭盔設計:利用各種吸震的材料把衝擊後的力道分散。

一般來說,腦部在一瞬間受到100倍重力加速度的衝擊就會產生腦震盪(也就是100個g),而NFL球員受到的撞擊大約在20到150g之間。對這數字沒概念嗎?你在雲霄飛車上承受的壓迫大約在5個g左右。所以可想而知,瞬間這麼大的衝撞力要用這小小頭盔保護,實在有點困難,所以根本的解決方法就是直接在撞擊前就減輕這個力量。Colello教授將釹磁鐵(Neodymium(Nd) magnet)置入頭盔中。兩個同極面對面,重0.33磅(1磅大約0.45公斤重),相距0.63公分釹磁鐵會產生100磅的斥力。在模擬NFL球員撞擊的實驗中,可以成功將衝擊的力道減低至100個g以下,大大減低腦震盪發生的機率。而一般頭盔本身的重量在3.5磅到5.5磅之間,因此0.33磅的磁鐵並不會讓頭盔重量增加太多。

球員腦部因為腦震盪受到永久傷害一直是NFL官方非常重視的問題。2014年著名的腦傷醫生Ann McKee針對79位已過世NFL球員的腦部進行研究,發現其中76位球員在慢性外傷性腦病變(Chronic Traumatic Encephalopathy, CTE)測試中呈現陽性反應。而長年受到衝擊產生的腦病變也被推測與NFL球員相對高的自殺率有關係,前堪薩斯酋長(Kansas City Chiefs)球員Jovan Belcher在2012年先槍殺女友之後自殺身亡,事後研究中便發現他也有慢性外傷性腦病變的現象。

所以可想而知,美式足球員是多麼希望擁有一頂有效減輕衝撞的頭盔,據統計,美國大約有120萬人參與這項運動,若是這項研發真的能夠商品化可以造福多少為腦傷所苦的球員們。不過話說回來,身為讀者的你或許會想:美式足球到底有什麼好看?一群人撞成一團又容易受傷,到底是在幹什麼?但不妨先了解一下規則,看個幾場比賽,你就會發現美式足球是個非常刺激又好看的運動,看似暴力的背後卻富含非常多戰術的變化及球員間的鬥智。如果你不知道從哪一隊入門,私心推薦「聖地牙哥電光人隊」(San Diego Chargers),今年戰績相當不錯,目前正在爭奪季後賽的資格,最後再附上當家四分衛Philip Rivers帥照一張!Let’s go Chargers!!!

聖地牙哥電光人隊,先發四分衛Philip Rivers(圖片來源:電光人隊官網)
聖地牙哥電光人隊,先發四分衛Philip Rivers(圖片來源:電光人隊官網)

備註:本篇撰稿時NFL季賽尚未結束,電光人最終並未進入季後賽。目前NFL季後賽已進行到聯會冠軍賽,美國聯會將由愛國者迎戰小馬,國家聯會將由包裝工挑戰衛冕冠軍海鷹。有興趣可以關注一下喔~
參考資料:
1. Could magnets in helmets reduce football concussions?
2. Utilizing magnetic repulsion to reduce forces generated at helmet-to-helmet collisions in football
3. Magnets in helmets might make football safer.
4. Football helmets, fitted with powerful magnets, could reduce the risk of concussions by 80-percent
5. Magnetic repulsion suggested as possible means to reduce concussions in football
6. http://en.wikipedia.org/wiki/Concussions_in_American_football
7. 76 of 79 Deceased NFL Players Found to Have Brain Disease
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作者:方程毅 科教中心特約寫手,從事科普文章寫作。

 

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