サイクリングには、フレーム、コンポーネント、そしてライクラ素材かどうかはさておき、ウェアに至るまで、ギアに関する調査すべきトピックがほぼ無限にあります。残念ながら、熱心なライダー向けのヘルメットは、そうした製品の落とし穴を提供していません。転倒して路上で頭をぶつけたくないからこそヘルメットを購入するのであり、ほとんどのヘルメットはほぼ同じ方法でその問題を解決しています。
しかし、ここ数十年で研究者たちは頭部の怪我、特に脳震盪が起こる仕組みについて理解を深め始めています。それと並行して、ヘルメットメーカー各社は、その新しい知識を使って技術革新を進め、転倒時に単にアスファルトに叩きつけられる以上の衝撃を考慮したモデルを生み出しています。その最新のものは、自転車大手トレックがWaveCelという技術を採用した新しいヘルメットです。主要部品はハニカムスタイルのインサートで、競合製品とは異なり、危険な脳震盪の大きな原因である回転エネルギーを吸収します。新しいヘルメットには4つのデザインがあり、価格は最も安いCharge WaveCel Commuter HelmetとSpecter WaveCel Road Helmetの150ドルから、最も高いWaveCel Road HelmetとBlaze WaveCel MTB Helmetの300ドルまでです。
エネルギーを吸収する
市販のヘルメットの多くは、軽量ながらも硬質な発泡ポリスチレン（EPS）と呼ばれる断熱フォームを使用して怪我を防いでいます。この技術は1960年代後半にヘルメットに採用され、以来、ヘルメットの定番となっています。実際、このフォームは一般的な発泡スチロール製のクーラーボックスやポップコーンの包装材に見られるものと似ていますが、はるかに高品質です。
自転車に乗っていて頭を硬いものにぶつけた場合、頭蓋骨への衝撃エネルギーは、頭蓋骨の特定の部分から逸らされ、方向を変えることで軽減されます。衝撃エネルギーの方向を変えたり、体を動かしたりすればするほど、衝撃は可能な限り均等に分散される可能性が高くなります。正しく行えば、この方法は転倒時に頭蓋骨にひびが入るのを防ぐのに非常に効果的です。
しかし、発泡スチロールのようなヘルメットは完璧とは程遠いものです。実際、それらは「一度きり」の用途を想定していることが多いのです。衝突事故が発生すると、外殻が割れ、EPSフォームが大きな衝撃を代わりに受け止めます。さらに、内部のフォームは復元できないか、損傷の程度が判断できません。つまり、ヘルメットが頭部に与える保護力は、一度の衝撃だけで十分です。
近年、研究者たちは、衝撃を受けた箇所にエネルギーを分散させるだけでは、脳震盪を防ぐ最適な方法ではないことも発見しました。EPSヘルメットは主に直線方向にエネルギーを吸収します。しかし、自転車から落ちる人が必ずしも直線方向に落ちるとは限りません。多くの場合、頭は回転し、枢動することで脳震盪を起こします。そして、この回転運動による脳震盪こそが最も危険なのです。脳内では、脳脊髄液（通常は脳の自然なクッション）が移動し、頭が無防備な状態で揺れ動き、繊細な神経を刺激し、損傷を与える可能性があります。
2001年、スウェーデン王立工科大学の研究者たちは、多方向衝撃保護システムの頭文字をとったMIPSと呼ばれる技術を開発しました。簡単に言えば、MIPS技術は、体内の脳脊髄液のような仮設層として機能します。フォームヘルメットのように直線的な力による衝撃を軽減するのではなく、MIPSは角度のある衝撃による回転力の方向を変えて衝撃を分散させます。MIPSは基本的に薄いライナーです。ヘルメットのハードシェルとの間に配置すると、低摩擦層が形成され、体内の自然な流体クッションのようにヘルメットが前後に滑るようになります。
これは非常に重要だと分かりました。研究者らは、斜めからの衝撃は直線的な衝撃よりも脳に与えるダメージがはるかに大きいことを発見しました。トレックは、新しい自転車用ヘルメットはその技術をさらに一歩進めたものだと主張しています。従来のMIPS（およびEPSフォーム）を使用したヘルメットは、入射エネルギーを再分配することで衝撃を軽減します。これは、頭蓋骨（および脳）の特定の領域が衝撃の大部分を受けるのを防ぐのに効果的ですが、それでもエネルギーの負担の多くは頭部にかかってしまいます。そこでトレックは、回転エネルギーを単に再分配するのではなく吸収する、MIPSのようなスリップインサートの開発を目指しました。同社の新しいライナー（WaveCelと呼ばれる）は、2段階の回転エネルギー吸収を行う独自のハニカムデザインでこれを実現します。
エネルギー吸収の2つの手段
当初、WaveCel インサートは MIPS とほぼ同じように機能します。EPS ヘルメット内で、低摩擦表面を介して自由に動きます。しかし、トレックのチームが発見したのは、落下による衝撃が一定の高エネルギーに達すると、インサートと EPS ヘルメットの間に摩擦が生じ始めることでした。最終的に、インサートが回転エネルギーを逸らすことができないほどの抵抗が生じます。つまり、物事が本質的に詰まり、過剰なエネルギーが脳に到達し始めます。「何が起こっているかというと、負荷が非常に高くなり、最終的に十分な摩擦が生じて層が動かなくなってしまうということです」と、トレックの研究開発エンジニアであるトニー・ホワイトは言います。その点に達すると、WaveCel の新技術は、エネルギーが蓄積し始めると回転方向に吸収することで、摩擦の増大を防ぎます。
これはすべて、せん断と呼ばれる非常に巧妙な物理法則によって実現されています。摩擦が大きくなり始めると、WaveCelスリップを構成する材料は平行に、しかし反対方向に動きます。これにより、摩擦が大きくなることはありません。トランプのデッキに例えることができます。もしすべてのカードがくっついている状態で、デッキに対して十分な力（直接的な力と角度のある力）を加えると、デッキにへこみができ始めます。しかし、一般的なデッキではカード同士がくっついていないため、力を加えてもカードは前後に滑り、摩擦やへこみは生じません。
つまり、自転車の頭部衝突時のようにエネルギー負荷が増加すると、滑りやすさを維持するのが難しくなります。しかし、WaveCelでは、エネルギー負荷が増加しても、この新技術が滑り、圧縮し、せん断し続けるため、より高いレベルのエネルギー衝撃を受けた場合でも、その効果を継続的に実感していただけます。
この独自のせん断能力は、WaveCelのスリップ構造に由来しています。ハニカム構造に似たこの構造は、直線状の壁ではなく、三角形の断面をしています。「これにより、確実に破砕できるだけでなく、荷重がかかった際に横方向にもせん断できます」とホワイト氏は述べています。
WaveCelの性能
WaveCel技術がどれほど優れているかはさておき、真の疑問は、標準的なEPSフォームヘルメットやMIPSと比べてどれほど優れているかということです。昨年12月にAccident Analysis and Prevention誌に掲載された研究で、著者（WaveCel技術の共同発明者を含む）は、直線加速、回転加速、回転速度など、様々なシナリオにおいて、標準的なEPSヘルメット（対照群）とWaveCelヘルメット、そしてMIPS技術搭載ヘルメットを比較しました。（もちろん、すべて実際の衝突シナリオを模倣したシミュレーションを用いています。）
MIPSとWaveCelのスリップはどちらも、直線加速度と回転加速度の両方の衝撃を軽減しました。両者を直接比較したわけではなく、EPSフォームのコントロールとのみ比較しましたが、MIPSとWaveCelの両テクノロジーは標準的なフォームヘルメットよりも優れた性能を示しました。ただし、直線加速度に関してはMIPSテクノロジーはコントロールと同等の性能を示しました。
トレックは独自のテストにより、同社の新型ヘルメットは一般的な自転車事故による脳震盪の予防効果が標準的なEPSフォームに比べて48倍高いと主張している。この研究の著者はいずれも当該技術に関与しておらず、MIPSと新型WaveCelの直接比較も独立した研究はまだ完了していない。
しかし、レクリエーションサイクリングを含むさまざまなスポーツのヘルメットに対する公平な消費者評価システムを作成する独立機関であるバージニア工科大学のヘルメットテストグループによる外部テストでは、ヘルメットの全体的な生体力学的性能、つまり怪我のリスクを軽減する全体的な能力がテストされました。
「これらのテストは研究室で行っていますが、実際の自転車走行でどのように頭を打つかに基づいています」とバージニア工科大学のヘルメット評価システムの開発に携わった、同大学の大学院生で研究助手でもあるメガン・ブランド氏は語る。「このヘルメットは私たちの評価システムで最高評価の5つ星を獲得しました。」彼女によると、私たちのものとは異なり、多くの評価システムは斜めの衝撃ではなく直線の衝撃のみをテストする。しかし、脳震盪を引き起こす可能性があるのは斜めの衝撃だ。特にここ数年で、脳震盪やその他の脳損傷に寄与する要因について理解が深まり、同様に研究室ではこれらの衝撃をより現実的にモデル化して研究する方法を学んだとブランド氏は語る。「今では、回転力が脳震盪を引き起こす大きな要因であることがわかりました。ですから、それをテストに組み込むことができるとわかったのです。」
ブランド氏によると、これらすべての情報は、アスリート、特にフットボール選手を対象に行われた約 7 年間の研究の結果として得られたものだという。この研究では、頭部への衝撃データを収集し、それを傷害の診断結果と比較することで、どのような種類の頭部への衝撃がどのような頭部傷害につながるのかを正確に特定し、そして最も重要な点として、MIPS や WaveCel ヘルメットなどのさまざまな新しい技術の進歩が、これらの傷害を最も効果的に防止する方法を明らかにした。
研究が進むにつれて、研究者や企業は技術を改良し続け、より安全なものにすることができます。そして、脳の働きをより深く理解することも、その助けとなります。結局のところ、これらの新しい技術の進歩は、私たちの脳自身の防御機構を模倣し、わずかに強化しているに過ぎないのです。
