破解冰球运动风险点，汇佳高中生出手了|Eric的智能头盔 汇佳文化传播
北京市私立汇佳学校
Eric把改造的冰球头盔放到桌上。乍一看，和普通冰球头盔没什么区别。 直到他伸手把头盔翻了过来，我们才发现里面的双层结构。 他手指沿着头盔内部绕了一圈，“这里本来只有一个内层，我挖空之后，加了第二层。中间的结构设计能够减少侧向冲击造成脑震荡的可能。” Eric 自己也打冰球，对冰球运动受伤的主要风险点非常了解。他的偶像克罗斯比也曾因四次脑震荡缺席了冬奥金牌战。 “上学期杨承校长和我聊到，可以结合我的冰球专长和专业能力做一个项目。我认真想了想，觉得冰球头盔刚好是个机会。因为我对物理和计算机一直有兴趣，平时也在打冰球，课上学的受力分析、编程逻辑，都能用在这儿。”
Eric设计的是一个双层结构冰球头盔。 头盔外层和内层之间，通过五个软性连接点连接。材质类似橡胶，有一定的弹性和韧性。当侧向冲击力作用在外壳上时，外层可以相对于内层产生一个微小的旋转偏移。 这个偏移的能量被五个软性连接点吸收、缓冲，然后消散。传递到内层、最终到达头部的旋转剪切力被大幅削减，达到防止脑震荡的效果。 他把这个结构叫做"分段式全向剪切解耦系统"。分段式指内外两层，全向剪切解耦指"无论来自哪个方向的侧向旋转力，都能被解耦和抵消”。 几个月时间里，他坐在电脑前面画了好久的CAD建模。曲线的曲率改了很多遍，太陡了头盔外形会突兀，太平了结构强度不够。 盯着屏幕，拖动鼠标，放大、缩小、旋转视角，看着一个三维模型在屏幕上慢慢成形。 Eric 在实验室里调整头盔内层的支撑结构。 他正将在脑子里“分段式全向剪切解耦”的构想，慢慢地变成实物。
冰球头盔的核心防护原理涉及一个特定的工程参数，涉及冲击吸收和材料形变。 他需要的是生物力学论文里测出来的原始数据，比如脑组织在旋转加速度下的应变率、软性连接点的最佳刚度区间。 因此，Eric也在查找各种论文。这些论文都是全英论文，还有图表英文，术语英文。 虽然他托福114分，阅读满分。但在打开一篇生物力学论文的时候能帮到的其实也是有限，阅读速度和词汇量只是门槛，难点在于把论文里的实验数据翻译成Fusion 360里的设计参数。 前后读了二三十篇。搜索关键词换了七八组，每一组关键词筛出来的论文角度都不一样，有的讲冲击力学，有的讲材料测试方法。他把这些信息挨个提炼，有用的段落标黄，数据表格截屏存进一个文件夹，然后再融合进自己的设计里。 他说自己做的每一个设计决定，背后都有至少一篇文献的支撑。 Eric(前排右二)曾代表汇佳绿龙冰球队拿下北京市中小学生校际冰球联赛小学甲b组亚军
赛场上的Eric。 高速冲撞中，头部承受的旋转力是脑震荡的主要诱因。几年后，他设计了专门应对这种冲击的头盔。
后来，他买了基础头盔做底子，在嘉立创上定制了PCB板，尝试第一次动手焊接。焊枪贴近板面的时候手会抖，焊锡融化拉出细丝，他得屏住呼吸才能让焊点均匀地落在该落的位置。 “组装的时候最难。理论设计和实际操作是有出入的。” 难点之一在头顶的支撑结构。他的设计里，两层之间的软性连接点需要额外的支撑来保持间距。但用作支撑的热熔胶棒是软的，软性连接点也是软的，两个"软"叠加在一起后，内外两层会在某些角度贴到一起，失去"解耦"的意义。 他试了好几种方案。把热熔胶棒的位置调整、数量增加、形态改变。最终用了五根，均匀分布在头顶区域，形成一种"软支撑阵列"。 头盔内层还贴了四个贴片式压力传感器，内部嵌入了IMU惯性测量单元，记录下了他每一次转头、急停、模拟冲撞的运动数据，插上电脑就能通过Arduino读取数据。 Eric 改造的双层冰球头盔细节图。 很多人会觉得，一个高中生完成这样一个工程项目，应该很难。 Eric倒觉得，一切都顺理成章。 在传统课堂里可能物理、材料、电子、编程、生物力学……这些学科各归各的。 但在IB体系中，探究式学习注定了我们的问题不会被限定在某个单一学科里解决。我从幼儿园就在汇佳读书，项目式学习、论文写作、实验设计、跨学科选课，不管是自主学习还是跨学科解决问题，这对我来说都属于常态。 Eric的冰球头盔仍待迭代。 期待他的头盔设计成为行业标配，为全球冰球运动员们保驾护航的那一天。
