O que causa concussões cerebrais? É impacto translacional ou rotacional direto? Esta é uma das áreas de pesquisa que estão sendo exploradas pelo laboratório de Qianhong Wu na Universidade Villanova.

Nossos cérebros consistem em matéria mole banhada em líquido cefalorraquidiano (LCR) dentro de um crânio duro. Um impacto no crânio rígido é transmitido através da fina camada de LCR dentro do espaço subaracnóide para a matéria cerebral mole.

No Física dos Fluidos , Wu e os co-autores Ji Lang e Rungun Nathan descrevem o estudo de outro sistema com os mesmos recursos, um ovo, para procurar respostas. Um ovo se assemelha ao cérebro, porque sua gema mole é banhada por uma clara de ovo líquida dentro de uma casca dura.

Considerando que na maioria das lesões cerebrais contundentes, o crânio não quebra, Wu queria saber se era possível quebrar ou deformar a gema do ovo sem quebrar a casca do ovo.

Os pesquisadores fizeram um experimento simples usando um misturador de ovos, de onde eles puderam ver que a força rotacional pode facilmente quebrar a gema do ovo e fazer com que ela se misture com a clara do ovo.

Em termos de conceitos básicos por trás deste trabalho, uma cápsula mole - matéria mole envolvida por uma membrana - é banhada por um líquido contido. A cápsula tem uma membrana impermeável, separar o líquido dentro da cápsula do exterior.

Dois tipos de impactos podem ser impostos ao recipiente externo. Um impacto translacional é aquele que atinge o contêiner diretamente, enquanto um impacto rotacional ocorre quando o recipiente externo é acelerado ou desacelerado em rotação. Este último surge naturalmente nos esportes, quando os capacetes não são redondos. Considerar, por exemplo, o par de arestas rígidas por trás de muitos designs de capacetes de hóquei no gelo.

Os pesquisadores descobriram algo bastante contra-intuitivo e muito surpreendente. O impacto translacional direto não causa a deformação do ovo, enquanto a desaceleração rotacional causa uma tremenda deformação da gema do ovo. Essa descoberta esclarece o movimento e a deformação de nosso cérebro quando a cabeça é exposta a impactos externos repentinos.

"Suspeitamos que a rotação, especialmente rotacional desacelerador, o impacto é mais prejudicial à matéria cerebral, "disse Wu." A grande deformação da matéria cerebral durante este processo induz o estiramento dos neurônios e causa o dano. "

Essa descoberta explica por que os boxeadores muito provavelmente desmaiarão se baterem no queixo.

"Considerando que o queixo é o ponto mais distante do pescoço, bater no queixo pode causar a maior aceleração / desaceleração rotacional da cabeça, " ele disse.

Quando se trata de concussões, que são um problema sério para a saúde pública, "ainda não está claro como o cérebro é ferido e como evitar tais lesões, "disse Wu.

"Pensamento crítico, junto com experimentos simples na cozinha, levou a uma série de estudos sistemáticos para examinar os mecanismos que causam a deformação da gema do ovo, "Disse Wu." Esperamos aplicar as lições aprendidas com o estudo da biomecânica do cérebro, bem como outros processos físicos que envolvem cápsulas moles em um ambiente líquido, como os glóbulos vermelhos. "

Como o primeiro estudo desse tipo, este trabalho fornece uma nova perspectiva para a compreensão da resposta de um objeto macio envolvido por uma membrana a impactos externos repentinos. Esta nova perspectiva interessará aos projetistas de capacetes.