קסדה מתקדמת

“נזק טראומטי למוח, אשר לא נראה לעין, נחשב לאחת הפציעות העיקריות במלחמות עיראק ואפגניסטן. על פי המחקרים של משרד ההגנה האמריקני, קרבה לפיצוץ יוצרת נזק מוחי כלשהו גם אם אינו נראה או מורגש מיד. מידת הנזק נקבעת בדרך כלל על פי סימנים חיצוניים. במידה והפצוע מחוסר הכרה הוא עובר בדיקת CT או MRI. הבעיה היא בקרב חיילים שאינם מאובחנים כנפגעים מיידים. האבחון נעשה על פי סימנים חיצוניים בלבד כמו: כאבי ראש, איבוד שיווי משקל, אובדן זיכרון וסימנים קליניים וקוגניטיביים מובהקים. בעיית האבחון המאוחר צצה בקרב חיילים שנראים כביכול בריאים מיד אחרי האירוע ורק לאחר תקופה מסוימת החלו להראות סימני פגיעה מוחית”.
הציטוט הזה נלקח מכתבה שפורסמה במגזין יוני 2013 ועסקה בחיישנים מיוחדים שפותחו בצבא ארצות הברית כדי לאמוד את עוצמת ההדף שאליה נחשף חייל כתוצאה מפיצוץ מטענים. מתברר שהעניין ממשיך להעסיק את מדעני הצבא האמריקני. מעבדת המחקר המרכזית של ה-ARMY ה-ARL – U.S. Army Research Laboratory, פרסמה בימים אלה מחקר חדש- פורץ דרך, לבחינת מרכיבי קסדה חדשים, שאמורים להגן על ראשו של החייל, בדיוק כמו שהגולגולת מגנה על המוח. במחקר מנסים חוקרי ה-ARL, לבנות עצם מלאכותית בעזרת מדפסות תלת מימד. העצם אמורה להיות דומה בתכונות שלה, עד כמה שניתן, למבנה והגמישות של עצם הגולגולת האנושית.
“למרות שקיימות היום בתחום הרפואי עצמות מלאכותיות מסוגים שונים, קשה לנו מאד להסתמך עליהן במחקר”, אומר ד”ר תומס פלייסטד, מהנדס חומרים ממעבדת ARL, ומי שעומד בראש הפרויקט.
“העצמות הללו מתאימות לניתוחים אורטופדים. מבחינתנו המבנה ההנדסי של העצמות המלאכותיות האלה, לא מתאים משום שהן אינן נדרשות “להתנהג” כמו עצם אנושית בתנאי פיצוץ חזק וגלי הדף. זו הסיבה שאנחנו מפתחים לבד מבנה עצם ייחודי”.
אחת הבעיות איתן נאלצים חוקרי המעבדה להתמודד הוא השוני בגיל העצמות האנושיות. רוב עצמות הגולגולת האנושית שעליהן נעשו ניסויים, נתרמו על ידי אנשים מבוגרים מאד. מתברר שמבנה העצם של מבוגרים בשנות ה-, שונה באופן מהותי ממבנה עצם הגולגולת של חיילים שגילם נע בין 20 ל-30.
“מבנה העצם עובר שינוי במהלך השנים, בעיקר בכל מה שקשור להידלדלות כמות הסידן”, מספר ד”ר פלייסטד. “מעבר לכך קיים גם שוני בתוך קבוצת הגיל הנחקרת, שוני שנובע ממצב פיסי שונה של כל אחד מהחיילים. לכן כדי ליצור איזשהו סטנדרט אחיד שעליו אמור המחקר המדוייק הזה להתבסס, אנחנו חייבים לבנות את העצם המלאכותית בעצמנו. העובדה שבמהלך כל הניסויים העצם תהיה אחידה מבחינת המבנה והחוזק שלה, יאפשרו לנו להיות מדויקים יותר בכל ניסוי ולהבטיח שהפתרון שיגובש אכן יהווה שיפור משמעותי להגנת הלוחמים וכל הלוחמים, לא רק חלקם”.
על פי נתוני הפנטגון בחצי השנה הראשונה של 2012 אובחנו 1700 חיילים כסובלים מפגיעה מוחית כתוצאה ממטעני צד שהופעלו לעבר הכוחות האמריקנים. הבעיה נוצרת כאשר הפציעה איננה ישירה
ו/או נראית לעין. (תופעה שנסקרה בהרחבה בכתבת חיישני ההדף ביוני 2013). כיום קסדות החיילים מגנות על הראש בעיקר מרסיסים. ישנן בשימוש מספר צבאות גם קסדות קראמיות שאמורות לעצור גם כדורים. הקסדות האלה כבדות יחסית לקסדה הרגילה ולכן השימוש בה אינו נפוץ ומוגבל בדרך כלל למשימות ספציפיות. מטרת המחקר של מעבדות ה-ARMY היא ליצור קסדה אחידה שתתאים לכל חייל בין אם הוא לוחם חי”ר ביחידה מיוחדת, חייל הנדסה, מפקדה או חייל שריון. כל אלה חשופים לסכנת היפגעות מגלי הדף במתארי הלחימה של הצבא האמריקני.
“כשאנחנו בוחנים את עצמות הגולגולת האנושית אנחנו מבחינים בין שלוש שכבות הגנה שנותנות מעטפת אחידה למוח מכל צדדיו”, אומר ד”ר פלייסטד. “השכבה החיצונית היא קשה מאד, השכבה האמצעית רכה יותר והשכבה השלישית, זו שקרובה למוח רכה. כך למעשה נוצר הריכוך והשיכוך ששומר על המוח, האנרגיה נבלמת בדרך ואיננה מגיעה למוח עצמו. זה בדיוק המודל שאנחנו מנסים לבנות בעצם המלאכותית, מודל של בולם זעזועים שמשולב בקסדה עצמה. בלימת חלק מההדף על ידי הקסדה, יוריד באופן משמעותי את האנרגיה שעימה תצטרך הגולגולת האנושית להתמודד בזמן פיצוץ”.
כדי להגיע למבנה דומה ככל האפשר של מבנה העצם המלאכותית לעצמות הגולגולת האנושית, משתמשים החוקרים במכשיר CT תלת מימדי. בעזרת הצילומים נעשית התאמה למבנה הגיאומטרי בין החומרים המרוכבים של העצם המלאכותית לעצם האנושית. נתוני צילומי ה-CT משולבים אחר כך במדפסת תלת ממדית, וכך מנסים החוקרים להגיע להתאמה המכסימלית.
“ברור לנו, שככל שמבנה העצם המלאכותית יהיה חזק יותר, כך תיחלש עוצמת הפגיעה בגולגולת. לשם אנחנו מכוונים” אומרים ב-ARL.
מעבר למרכיבי החומר עצמו, במעבדות ה-ARMY בוחנים גם את מבנה הקסדה. לצורך כך נעשית הדמיה ממוחשבת של כמה ראשים בגדלים שונים ועליהן מולבשות כמה צורות קסדה.
“אנחנו למעשה מנסים למקסם את הדיוק של צורת הקסדה כדי ליצור הגנה אופטימלית מצד אחד ומבנה אחיד מצד שני”, ממשיך ד”ר פלייסטד. “אנחנו בוחנים על איזה אזורים בראש חייבים להגן. בניסויים נבחנו מספר מרכיבים. כך למשל האם חלק מסוים של הקסדה אמור להיות עבה יותר, או למשל מה העובי האופטימאלי של העצם עצמה ושל השכבות השונות שבה. לצד כל הבדיקות הללו צריך גם לזכור, הקסדה החדשה חייבת להיות נוחה ללוחם וקלה ככל האפשר”.
במהלך המחקר, נוסו בשנה האחרונה מספר עצמות מלאכותיות בזמן פיצוץ כשאת התוצאות משווים החוקרים לפציעות אנושיות. נכון להיום מגדירים החוקרים את התוצאות כמעודדות מאד, “קרוב מאד להתאמה מלאה בין מבנה והתנהגות העצם המלאכותית לעצם האנושית”.
השלב הבא בניסוי יהיה שלב עיצוב הקסדה עצמה וניסוי הדף. בינתיים מתמקדים החוקרים בשיפור הדיוק של מדפסות התלת מימד שבהן נעשה שימוש נרחב בפרויקט. מתי זה יגיע לשטח עצמו? עדיין אין תאריך יעד, אבל המחקר החדשני הזה של ד”ר פלייסטד, זוכה בינתיים לשבחים מקיר אל קיר במערכת הביטחון האמריקנית. ובמונחי 2014 של הפנטגון זה אומר, תקציב המחקר והפיתוח לא צפוי להיפגע.