MIPS, SPIN, WaveCel, Koroyd, ... een uiteenzetting over de technologie in onze helmen!

Techniek
27 June 2019 — Léo Kervran

De laatste jaren maken alsmaar meer nieuwe technologieën hun opwachting op onze fietshelmen, van MIPS in 2007 tot WaveCel dit jaar. Steeds meer fabrikanten komen met oplossingen om het beschermingsniveau van onze helmen te verbeteren en beter te doen dan de opgelegde wettelijke normen. Waarom? En hoe werken ze? Vojo gidst je door het kluwen en zet de systemen achter deze namen netjes op een rij.

Een beetje anatomie …

Om de waarde van deze nieuwe systemen beter te begrijpen, moet je eerst weten wat er in ons hoofd schuilgaat. Onze hersenen zijn een van de vitaalste organen waar een mens over beschikt en daarom worden ze ook redelijk goed beschermd, en wel als volgt (van buiten naar binnen):

  • haar en hoofdhuid (of op zijn minst de hoofdhuid),
  • het bot van de schedel dat omgeven wordt door een beenvlies,
  • de hersenvliezen, waartussen bloedbanen en het hersenvocht circuleren,
  • de grote hersenen,
  • andere structuren die in het algemeen worden opgenomen in het woord ‘hersenen’, zoals de tussenhersenen, de kleine hersenen en de hersenstam.

Onze hersenen drijven dankzij het hersenvocht dus letterlijk in onze schedel. Hierdoor kunnen onze hersenen zich lichtjes in alle richtingen verplaatsen zonder het bot van de schedel te raken (wat letsels zou kunnen veroorzaken), wat ook voor een goede bescherming tegen schokken zorgt. Ook onze hoofdhuid heeft meer nut dan het lijkt omdat het over de schedel kan verschuiven. Wanneer je op je hoofd valt, zal dit namelijk een deel van de roterende krachten opvangen die gelinkt zijn aan de impact op het hoofd, wat net zo belangrijk is als de kracht van de impact zelf.

Hoe effectief dit alles ook is, deze mechanismen hebben hun limieten. We moeten er natuurlijk bij vertellen dat de mens van nature uit niet gemaakt werd om te mountainbiken. Wanneer deze mechanismen falen en de structuren beschadigd raken, spreken we van een hoofdtrauma.

Lorraine Truong, een Zwitserse renster en ingenieur die in 2015 een zwaar hersentrauma opliep tijdens de EWS van Samoëns (en nog steeds herstellende is), vat goed samen hoe het voelt:

  1. Neem een tennisbal en leg hem in een kartonnen doos die iets groter is dan de tennisbal,
  2. Wikkel rond de doos zoveel noppenfolie als je maar kan,
  3. Gooi de doos zo hard als je kan tegen een muur.

Resultaat: je zal zien dat de kartonnen doos nog in perfecte staat is, maar je hebt de tennisbal wel tegen de binnenkant van de doos horen botsen.

Afhankelijk van de kracht die de verwonding heeft veroorzaakt, kunnen de laesies zich op het oppervlak bevinden of net heel diep (hersenbalk, hersenstam) wanneer er sprake is van een roterende inwerking of een zeer gewelddadige impact. Meestal treden deze verwondingen op ten gevolge van een impact, maar zelfs een snelle beweging van het hoofd (van voor naar achteren bijvoorbeeld) kan al aan de oorzaak liggen van een hersentrauma. Het shaken baby syndroom is daar een heel goed voorbeeld van.

De normen

MIPS

In Europa moeten helmen voldoen aan de norm EN1078+A1 van februari 2013. Deze norm is van toepassing op fietshelmen, skateboardhelmen en rolschaatshelmen en stelt dat helmen getest moeten worden bij een impact van 20 km/u, zowel loodrecht als onder een bepaalde hoek. De energie die vrijkomt bij een impact (of valversnelling) mag de 250 g (g van gravitatie) niet overschrijden; 1 g staat voor 9,81 m/s2.

Om deze norm beter te begrijpen, moeten we eerst kijken wat er precies gebeurt bij een val. We kunnen twee soorten valversnellingen onderscheiden bij een impact: de lineaire versnellingen, dat wil zeggen het deel van de botsing dat direct naar het midden van de schedel is gericht, en de hoekversnellingen die een rotatie van het hoofd veroorzaken. Tenzij je met je hoofd perfect in een hoek van 90 graden tegen de grond valt, dat wil zeggen loodrecht (heel gebruikelijk bij mountainbiken, daar ben je het mee eens), komen deze twee valversnellingen bij alle valpartijen voor.

De huidige norm negeert de hoekversnellingen volledig en dit is waar de eerste problemen verschijnen … Inderdaad, het lijkt erop dat deze gemakkelijker leiden tot bewustzijnsverlies dan lineaire versnellingen. De snelle rotatiebewegingen doen de hemisferen rond de hersenstam roteren, resulterend in laesies in de hersenstam. En laat de hersenstam nu een essentiële structuur zijn in de controle van onze slaap-waakcyclus.

Ook de toegepaste snelheid in deze testen is zeer laag, want de minste MTB-afdaling doet je al snel 30 km/u halen.

The DOME

De fabrikanten van fietshelmen hebben dan ook al langer begrepen dat het noodzakelijk is om strenger te zijn dan wat wettelijk verplicht is (de norm ASTM F1952 – 15 voor downhill uitgezonderd – de Amerikaanse normen zijn nog toleranter) om producten aan te bieden die veilig genoeg zijn en aangepast aan mountainbiken.

De verschillende technologieën

MIPS

MIPS is de afkorting van Multi-directional Impact Protection System en is waarschijnlijk het bekendste en meest gebruikte systeem van dit overzicht. MIPS danken we aan een Zweeds team van hersenspecialisten die sinds 1996 in de weer zijn met het ontwikkelen van dit systeem. De eerste helmen die uitgerust waren met dit systeem zagen in 2007 het levenslicht. In de fietsindustrie was Poc het eerste merk dat gebruikmaakte van de MIPS-technologie. Sindsdien werken ook Bell en Giro zeer nauw samen met de ontwikkelaars van MIPS, al zijn er ondertussen nog veel meer andere merken die het MIPS-systeem in hun helmen integreren.

Het principe van MIPS is gelijkaardig aan dat van onze hoofdhuid: de schaal van de helm een zekere bewegingsvrijheid geven (10 tot 15 millimeter in alle richtingen) ten opzichte van ons hoofd. In een helm die is uitgerust met MIPS wordt een extra wrijvingsarme laag geplaatst die onafhankelijk kan bewegen. Wanneer de helm dan wordt blootgesteld aan een impact onder een bepaalde hoek (zoals in levensechte situaties bij een valpartij met de fiets meestal het geval is) zal deze laag ervoor zorgen dat de helm kan verschuiven ten opzichte van het hoofd. Daardoor wordt een groot deel van de roterende krachten opgevangen. In het begin was de MIPS-laag goed te herkennen aan een gele kleur, tegenwoordig wordt eerder gekozen voor een doorzichtige liner.

Nadeel is dat dit systeem strict genomen de energie van de impact niet rechtstreeks opneemt. Daarom dat men met een nieuwe optie komt, MIPS Spherical, in de vorm van een complete EPP-schaal. Het schuim van die schaal is iets zachter dan het EPS-schuim die de rest van de helm vormt. Dit product is echter nog maar amper te vinden op onze fietshelmen (alleen op de Bell Super DH en de Giro Aether) omdat het een nieuw ontwerp van de helm vereist.

Poc SPIN

Het Zweedse Poc lanceerde vorig jaar de SPIN-technologie (Shearing Pads INside) nadat het eerder jarenlang samenwerkte met MIPS. Het idee achter dit systeem is hetzelfde: de impact van roterende krachten opvangen. Deze pads worden gefabriceerd op basis van een siliconegel en ze worden op strategische plaatsen binnenin de helm geplaatst. Ze staan in nauw contact met het hoofd.

Dit systeem is veel eenvoudiger aan te brengen in de helm en makkelijker te wijzigen dan het kunststof skelet van de MIPS-standaard, moest Poc in de toekomst bijvoorbeeld een nieuwe en betere gel ontwikkelen.

Fluid Inside

Fox

Het concept van de Fluid Inside-technologie lijkt sterk op dat van de SPIN-pads van Poc. Ook hier zien we pads die binnenin de helm worden aangebracht. Zoals de naam al aangeeft, zijn de pads gevuld met een vloeistof die het gedrag van ons hersenvocht moeten nabootsen. De pads moeten zowel bescherming bieden tegen de lineaire als de roterende krachten. Voorlopig zijn de Fluid Inside-pads enkel terug te vinden op de nieuwe Fox Rampage-integraalhelm. Eind mei werd bekendgemaakt dat MIPS het bedrijf achter de Fluide Inside-technologie heeft overgenomen.

Leatt 360° Turbine Technology

Leatt

De door Leatt voorgestelde oplossing zit net zoals het MIPS-systeem tussen de EPS-schaal van de helm en het klemsysteem. Maar het ontwerp is geheel verschillend. Hier hebben we te maken met vele kleine ‘turbines’ met een laag gel van een paar millimeter dikte. Deze turbines kunnen vervormen om de impactenergie te verkleinen en verdraaien om de hoekversnellingen te verminderen die op het hoofd inwerken.

Gezien het volume van deze turbines is het moeilijk om in te schatten of ze daadwerkelijk een bijdrage hebben in termen van demping. Leatt liet echter een studie uitvoeren om de effecten te meten en het lijkt erop dat dit effectief het geval is (ten opzichte van een identieke helm zonder specifieke technologie). Voor diegenen die iets dieper willen graven, geven we hierbij de link naar het onderzoek.

Kali LDL

Kali Protectives

LDL (Low Density Layer) is het systeem van het Californische merk Kali. Het systeem is gelijkaardig aan de 360° Turbine Technology van Leatt, in die zin dat we ook hier te maken hebben met gel inserts die zich tussen de buitenschaal en het klemsysteem bevinden. Ook in dit geval kunnen de inserts vervormen en verdraaien om de impact van de schok te verminderen (of toch bij kleine schokken) en hoekversnellingen op te vangen. In plaats van de geïsoleerde turbines bij het Zuid-Afrikaanse Leatt, hebben de inserts van Kali de vorm van kleine holle buizen op een voetstuk.

Net zoals bij de 360° Turbine Technology kunnen we ons afvragen of deze kleine buizen – doordat ze niet hoog zijn – echt efficiënt zijn bij het absorberen van schokken. Kali spreekt trouwens over het absorberen van schokken met een lage impactenergie.

Bontrager WaveCel

Bontrager

De nieuwste speler in deze categorie is de WaveCel van Bontrager. Dit systeem maakte enkele weken geleden heel wat ophef door aan te kondigen dat het de risico’s van een hersenschudding met maar liefst 48x kan verminderen ten opzichte van een gewone helm. Indien je wil weten waar dit cijfer vandaan komt, kun je hier de studie nog eens nalezen (in het Engels).

WaveCel is een kreukbare celstructuur die kan platgedrukt worden en vervormen. In tegenstelling tot de eerder genoemde systemen die maar weinig plaats innemen in de helm, vervangt de WaveCel-technologie maar liefst 50% van het EPS-schuim dat normaal gezien zorgt voor de absorptie van de schokken.

Bontrager

Door de bijzondere vorm – golven, vandaar ook de naam – kan de helm zowel platgedrukt worden om de impactenergie te verkleinen als verdraaien en licht verschuiven ten opzichte van het EPS-schuim om de hoekversnellingen op het hoofd te verzwakken.

Nadeel is dat het gebruikte materiaal, ondanks de open structuur, zwaarder is dan het EPS-schuim. De WaveCel-technologie maakt een helm dan ook ongeveer 53 gram zwaarder, wat niet verwaarloosbaar is, want dit betekent toch al snel 15 tot 20% van het gewicht van een helm.

6D Helmets ODS

6D Helmets

Het kleine Californische merk 6D Helmets is minder gekend in het MTB-wereldje, maar het is de sponsor van de huidige wereldkampioen BMX Sylvain André. Ook 6D Helmets ontwikkelde een systeem dat tracht de schokken beter te absorberen en de impact van de hoekversnellingen te verminderen.

Het ODS-systeem (Omni-Directional Suspension) bestaat uit een aantal kleine veringen – in de vorm van elastomeren – die de twee schalen in EPS-schuim met elkaar verbinden. De schaal die in contact staat met het hoofd is dus letterlijk een schaal die middels een vering in contact staat met de buitenschaal (en de grond in geval van een val). De elastomeren hebben de vorm van een zandloper en kunnen zowel platgedrukt worden als zich verdraaien om de valversnellingen in alle richtingen op te vangen.

6D Helmets

De elastomeren zijn echter te soepel bij de meest gewelddadige schokken, vandaar de nog ruime aanwezigheid van EPS-schuim. Volgens het merk bewijzen de elastomeren hun nut dan ook vooral bij impacts aan lage snelheid (het hoofd dat omhoog stuitert bij een val, een val van geringe hoogte, …), daar waar het EPS-schuim te stijf is om de impact op te vangen.

Nog een nadeel is dat het ODS-systeem de helm merkelijk zwaarder maakt. De ATB-1T Evo, een open face helm van 6D Helmets, weegt daardoor 520 gram terwijl het gemiddelde van een helm in deze categorie eerder rond de 370 gram ligt.

Koroyd

De laatste belangrijke technologie in dit domein is die van Koroyd, een materiaal dat ontwikkeld werd door een Monegaskisch bedrijf. Dit systeem beperkt zich niet enkel tot de fietsindustrie, maar is ook te vinden op skihelmen (Salomon, Head), snowboardhelmen (Nitro), rugzakken (Head, Nitro, Endura), in de motorwereld en zelfs bij veiligheidshelmen voor in de bouw.

Koroyd ziet eruit als een honingraat gevormd door een soort ‘rietjes’ uit polymeer met een lage dichtheid en een hoge druksterkte, die aan elkaar gelijmd worden en dienstdoen als kreukelzone.

Koroyd

In de fietsindustrie maken momenteel enkel Endura en Smith gebruik van de Koroyd-technologie. Net zoals bij de WaveCel van Bontrager, vervangt ook de Koroyd-technologie een deel van het EPS-schuim. Dit systeem heeft echter geen invloed op de roterende krachten. Smith integreerde dan ook nog een MIPS-liner in zijn helmen om dit te compenseren.

Volgens het bedrijf dat instaat voor de ontwikkeling van Koroyd, zou het materiaal de impactenergie van een schok zeer efficiënt opvangen. Men beweert dat dankzij het materiaal de kans op een schedelbreuk 8x vermindert aan een snelheid van 22 km/u. De helmen die gebruikmaken van de Koroyd-technologie zijn zodanig ontworpen en getest dat de energie die vrijkomt bij een val de 183 g niet mag overschrijden, terwijl de huidige norm op 250 g ligt. Het bedrijf lobbyt trouwens om de drempel van de norm te verleggen naar 183 g.

Nawoord

We hebben ze niet opgenomen in dit overzicht, maar er zijn ook veel merken die zich bezighouden met het ontwikkelen van een specifieke technologie voor het EPS-schuim van de helm. Deze oplossingen, die meestal gebruikmaken van schuim met verschillende dichtheden die vervolgens op een al dan niet complexe manier met elkaar verbonden worden, concentreren zich enkel en alleen op de absorptie van de impactenergie. Denk maar aan Composite Fusion van Kali of Varizorb bij Fox (foto hierboven).

Trek Bikes

De cijfers waarmee de merken uitpakken, dienen uiteraard met een korrel zout genomen te worden. Ook al werden sommige producten ontwikkeld in samenwerking met een labo, het blijven merken die hun producten aan de man moeten brengen. Zo kunnen we ons afvragen of de bewegingsvrijheid van 10 tot 15 millimeter van het MIPS-systeem voldoende is om de hoekversnellingen te verminderen, wetende dat we reeds over onze hoofdhuid beschikken die exact dezelfde bewegingsvrijheid heeft.

Het marketingdiscours buiten beschouwing gelaten, kunnen we echter enkel maar blij zijn dat steeds meer merken investeren in dit domein. Voor die ene keer dat de industrie zich bezighoudt met onze veiligheid in plaats van met een nieuwe standaard waar we drie seconden mee kunnen winnen op een afstand van vijf kilometer, hoor je ons niet zeuren!

Poc

De volgende stap zal misschien de aanpassing van de norm zijn, ook al zijn er reeds systemen die reeds andere normen toepassen, denk maar aan MIPS en Koroyd. Maar het proces om dat te bereiken, is er een van lange duur en het zal waarschijnlijk dan ook nog heel wat jaren duren vooraleer we daar verandering zullen zien.

In afwachting van nieuwe evoluties, willen we jullie hierbij nog wat advies geven waar je op moet letten bij het aankopen van een helm. Dit geldt trouwens ook voor helmen die niet over de geciteerde technologieën beschikken.

  • het buitenoppervlak van de helm is glad om beter over de grond te kunnen glijden bij een val en om (nog maar eens) de hoekversnellingen te verminderen. Vermijd dan ook het gebruik van stickers of niet demonteerbare camerasteunen, …
  • het gewicht van de helm is een zeer belangrijke factor. Hoe minder massa er zich boven de nek bevindt, hoe lager de impactenergie zal zijn. Dat wil niet zeggen dat je een helm voor de racefiets moet nemen om te gaan downhillen, maar indien je tussen twee helmen twijfelt, dan is de lichtste helm hoogstwaarschijnlijk de beste keuze.
  • de pasvorm van de helm is essentieel en net als bij schoenen geldt dat je eerst moet proberen alvorens tot een aankoop over te gaan. Een helm die te los zit, zal minder effectief zijn bij een val.

We leven in een tijdperk waarin we steeds meer toestellen met elkaar verbinden en ook op onze helmen worden elektronische systemen geïntegreerd. Denk maar aan de Specialized ANGi die vorig jaar gepresenteerd werd en die we terugvinden op de topmodellen van het Amerikaanse merk. Dit systeem beschikt over een crashdetector die bij een val een signaal stuurt naar jouw contactpersoon. Van tijd tot tijd zien we vergelijkbare projecten verschijnen in ontwerpwedstrijden of op crowdfundingplatforms, maar deze worden vaker niet dan wel concreet.

Kupol

Tot slot maakt de ontwikkeling van 3D-printen misschien de opkomst van nieuwe materialen en structuren mogelijk, materialen die geschikter zijn dan het EPS-schuim voor het opvangen van schokken. Zo heeft de Canadese startup Kupol vorig jaar een 3D-geprint helmproject voorgesteld, zonder EPS-schuim.

Een ding is zeker; het einde van dit verhaal is nog niet in zicht en het is maar goed ook dat de veiligheid van onze helmen alsmaar blijft evolueren!