MIPS, nueva tecnología de protección para cascos

En caso de sufrir una caída mientras montamos en moto, el impacto genera en la cabeza fuerzas de rotación que pueden provocar daños cerebrales severos. El innovador sistema MIPS para cascos busca resolver este problema desconocido hasta hace poco.
Marcos Abelenda
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El casco es sin duda el elemento de protección pasiva más importante para los usuarios de moto. Desde su invención ha recorrido una larga trayectoria evolutiva, aunque siempre acusando un claro retraso con respecto al desarrollo de las propias motos.

Si bien a finales del siglo XIX ya había vehículos de dos ruedas autopropulsados por un motor, los primeros conductores no parecían ver la necesidad, debido a la baja velocidad que alcanzaban las primeras motos, de pilotarlos con poco más que una gorra o una «chichonera», más bien para protegerse de las inclemencias meteorológicas o, quizá, de algún «rasguño». Si los que iban a caballo no llevaban casco, ¿por qué habrían de hacerlo los motoristas? Pero la rápida evolución de las motos derivó en una célere escalada de las velocidades que se podían alcanzar y, con ellas, el riesgo de lesiones en caso de sufrir accidentes.

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Aun así, no fue hasta mediados de los años 30 del siglo pasado cuando se empezó a tomar conciencia del problema y a buscar soluciones para remediarlo. Curiosamente, resultó ser el trágico accidente que acabó con la vida del británico Lawrence de Arabia, al golpearse en la cabeza tras caerse de su moto, lo que motivó al médico que le atendió, el Doctor Hugh Cairns, a estudiar la relación entre los accidentes de moto y las muertes por lesiones en la cabeza. Aquello provocó la llegada de los primeros cascos, en piel y corcho, que emplearon los motoristas del ejército británico.

El cometido tradicional del casco es reducir la energía de un impacto directo a la cabeza

La carrera espacial que llegaría un par de décadas después también marcaría un importante impulso en la evolución de los cascos de moto. La marca americana Bell tomó ejemplo de las protecciones de los astronautas para lanzar el primer modelo de casco integral, sin dejar al descubierto el rostro como en los modelos previos. Desde entonces, el desarrollo ha traído nuevos materiales, diseños más eficientes, mayor ligereza, mejor aerodinámica, estructuras internas con mayor capacidad de absorción de impactos, ventilación optimizada… Pero siempre bajo el mismo principio: reducir la intensidad de la energía del impacto que llega de forma directa a la cabeza del piloto.

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Lesiones internas

Desde la última década del siglo pasado la comunidad médica empezó a tomar conciencia de que una gran parte de las lesiones en la cabeza no están provocadas por los efectos superficiales de un golpe, sino por los internos. Así se veía en deportes o actividades con frecuentes impactos en la cabeza como el fútbol americano, el esquí, el ciclismo, la hípica o el motociclismo, encontrando casos en los que, pese a que aparentemente el casco había impedido daños externos, los practicantes sufrían graves lesiones cerebrales. Un buen ejemplo es sin duda el boxeo, en el que los púgiles quedan noqueados no porque les partan el cráneo, sino por el «meneo» constante al que se ve sometido el cerebro. Y es que la energía de los puñetazos al impactar se transforma en movimiento, tanto para la cabeza como para todo lo que hay dentro de ella.

El movimiento del cerebro tras un impacto no es solo lineal, sino también angular o de rotación

La novedad consistió en descubrir que el movimiento del cerebro tras un impacto en la cabeza no es solo lineal, sino también angular -o de rotación-. Éste genera graves lesiones internas, con el agravio de que a veces no se pueden identificar los síntomas hasta que el daño ya es irreversible -son bastante conocidos los casos de boxeadores y jugadores de fútbol americano a los que les descubrían graves lesiones incluso años después de retirarse-. La comunidad científica ha empezado a reconocer el problema, y en el caso del sector de la fabricación de cascos, tanto para moto como para otras actividades, la marca sueca MIPS se ha situado como una de las pioneras en la investigación y la lucha contra los daños cerebrales por movimientos de rotación angulares.

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Origen sueco

Multi-directional Impact Proteccion System (sistema de protección de impactos multidireccionales) es lo que se esconde bajo las siglas de MIPS, una empresa fundada por el neurocirujano sueco Hans von Holst y su compatriota Peter Halldin, miembro del Real Instituto Tecnológico de Estocolmo. En su labor como médico en el Hospital Universitario Karolinska, Holst se dio cuenta del alto número de lesiones de cabeza en actividades como el motociclismo, el ciclismo, la hípica o el esquí, incluso pese a que en dichas disciplinas es habitual el uso de casco de protección. Holst se puso en contacto con Halldin en el año 1994 para analizar la situación desde un punto de vista médico y también técnico, para tratar de comprender cómo se fabricaban y se probaban los cascos en aquel momento. Tras varios años de estudio, se dieron cuenta que las distintas homologaciones para la fabricación de cascos -la DOT en Estados Unidos, y la ECE en Europa- coincidían en exigir ensayos solo para impactos lineales. Esto es; en los que la dirección del energía es directa al centro de la cabeza.

Los movimientos de rotación en el cerebro pueden generar conmoción, hematoma subdural y lesión axonal difusa

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«El método tradicional de probar un casco consiste en dejarlo caer de forma vertical contra una superficie de impacto –nos explica Peter Halldin cuando vistamos la sede de MIPS en Estocolmo-. Se trata de un movimiento lineal a la cabeza, que puede provocar fractura de cráneo, hematoma epidural, que es un sangrado fuera de la duramadre, o contusión, que es un aplastamiento del cerebro. Pero normalmente no vemos estas lesiones en tanto que hayas tenido un casco en la cabeza, así que los cascos actuales del mercado son realmente buenos para esto, porque principalmente protegen el cráneo. Pero si tienes en cuenta que también se produce un movimiento de rotación, esto puede genera una conmoción, un hematoma subdural, que es un sangrado dentro de la duramadre por la rotura de los vasos capilares al rasgarse, y lesión axonal difusa, que es la ruptura del interior del cerebro. Los estudios demostraban que el cerebro es más sensible a las lesiones generadas por un movimiento de rotación que por uno lineal, y también que en la mayoría de los casos cuando una persona se cae de cabeza impacta con el suelo con cierto ángulo, no de forma perpendicular. Todas estas lesiones son las que se pueden reducir si tenemos un sistema de protección frente a los movimientos de rotación».

Peter Halldin: los impactos lineales generan una tensión de hasta el 10%, los angulares pueden alcanzar el 30%

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A la labor de Holst y Halldin se les unió la de su compatriota Svein Kleiven, que desarrolló un sistema de análisis mediante elementos infinitos del cerebro humano. «Svein construyó un modelo tridimensional del cerebro humano -nos sigue explicando Halldin-. Empleó más de 29 años de trabajo en definir las propiedades de la materia de la cabeza, del cráneo, las venas, la duramadre… Se ayudó con experimentos médicos realizados con cadáveres mediante rayos x de alta velocidad. Así podíamos ver en el modelo de elemento finito cómo se deforma el cerebro durante el impacto y comparar la simulación con el experimento real. Descubrimos que los impactos lineales generan en el cerebro una tensión de entre el 6 y 9%, mientras que en un impacto angular -de la misma fuerza- la tensión podía alcanzar el 30%. Por encima del 20% ya existe un alto riesgo de conmoción cerebral. Además, los impactos angulares, al hacer rotar el cerebro, afectan a un área mayor que uno lineal».

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Tras comprender la mayor sensibilidad del cerebro para con los movimientos de rotación, y que los cascos de entonces no tenían en cuenta dicha situación, Holst y Halldin desarrollaron el concepto MIPS, para el que validaron la patente en 1998, antes de cofundar la compañía en 2001. Originalmente, el plan era fabricar cascos de moto completos con el sistema MIPS integrado, aunque el desconocimiento por aquel entonces de los riesgos de las fuerzas de rotación en el sector de la motocicleta dificultó la tarea. No obstante, la innovadora idea tuvo mejor acogida en otras disciplinas y así fue como en 2007 salió al mercado el primer casco con MIPS, que se trataba de un modelo para hípica, y tuvo una gran acogida en Suecia. Aun así, la titubeante situación económica de la compañía ralentizó su marcha en los primeros años, hasta que en 2010 recibieron el soporte de un grupo inversor fuerte, que a su vez derivó en un cambio de la estrategia comercial: en lugar de fabricar cascos completos, se encargarían de fabricar un sistema que se pudiera adaptar a los cascos ya existentes.

El sistema MIPS está presente en 583 modelos de casco de 103 marcas diferentes

El método funcionó, y actualmente, tras 29 años de experiencia -y después de que la compañía haya salido a la bolsa sueca en 2017-, se han vendido 9,2 millones de sistemas MIPS, incorporados en 583 modelos de cascos de 103 marcas diferentes -datos actualizados hasta finales de 2019-. Los sectores con mayor influencia son el esquí y el ciclismo -cerca de la mitad del pelotón del Tour lo emplea-, seguidos de los cascos para moto de campo, y después los de hípica y los de moto de carretera -el acuerdo con la marca Bell derivó en el lanzamiento del primer casco «on road» con MIPS en 2016-. Además, en los últimos años también se están incorporando en cascos de protección para la industria –construcción, salvamento…-, la escalada, el hockey e incluso el ejército. Todo, mediante un equipo de 38 trabajadores, a cuyo frente se encuentra el CEO Max Strandwitz, y que se hayan en plena fase de estreno de una nueva sede en la localidad sueca de Täby, a 15 kilómetros de Estocolomo, donde disponen de laboratorio de pruebas propio –también cuentan con personal en China para seguir el proceso de fabricación del producto, en la misma zona donde se hacen la gran mayoría de los cascos actuales-.

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¿Cómo funciona?

El principio del sistema MIPS es imitar la función del líquido cerebroespinal, que permite al cerebro deslizarse dentro del cráneo. «Eso es lo que copiamos en el casco -nos cuenta Peter Halldin-, mediante una superficie de baja fricción que cubre toda la cabeza, y en caso de accidente permite el deslizamiento del casco con respecto a la cabeza en todas direcciones. Dicho desplazamiento es de 10 a 15 milímetros, el más adecuado para evitar lesiones. Si pudiéramos lograr más sería aún mejor, pero por encima de 20 milímetros de movimiento habría otros problemas como el bloqueo geométrico de la cabeza dentro del casco o que éste impactaría con la nariz. Algunos pueden decir que cuando te pones un casco normal ya puede haber un pequeño desplazamiento, pero esos 3 o 4 milímetros no son suficientes, y además existe el problema de que al chocar contra el suelo la fuerza del impacto genera una presión altísima entre el casco y la cabeza que impide el movimiento. Es el problema de otros sistema similares de la competencia, que se basan en parches o varios puntos de rotación, pero dejan zonas sin cubrir que pueden impedir el deslizamiento necesario. La clave de MIPS es que cubre toda la cabeza y consigue un desplazamiento de 10 a 15 milímetros».

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El juego entre el casco y la cabeza que permite el sistema MIPS consigue amortiguar y redirigir la fuerza del impacto. Al chocar contra el suelo el casco fricciona contra el suelo y rota por la componente tangencial del movimiento, pero el deslizamiento de la capa de baja fricción permite que la cabeza siga la dirección que llevaba, viéndose así menos afectada por la rotación angular -la fuerza se disipa al tener que vencer la fricción del mecanismo, en lugar de afectar plenamente a la cabeza-. «Es como emular un impacto contra una superficie helada –nos aclara Peter-. El hielo tiene muy poca fricción, así que la cabeza desliza en la dirección que llevaba, en lugar de agarrase al suelo. La carga del impacto se disipa en forma de calor por la fricción del sistema y también porque el movimiento hace que haya una mayor área de la calota interna encargada de absorber la energía. El beneficio no es solo la reducción de la fuerza de rotación, sino también, igual de importante, el tiempo de duración. Cuanto menos tiempo dure la tensión sobre el cerebro, esto es cuanto menos tiempo expuesto a valores de fuerza G elevados, menor riesgo de lesión».

El deslizamiento del mecanismo hace que la energía llegue más tarde y con menos fuerza al cerebro

Esto ocurre porque el impacto contra el suelo, que en un accidente de moto suele ser en ángulo de 30º y a una velocidad 12 m/s –de promedio según datos estadísticos-, dura unos 10 milisegundos, pero el deslizamiento del mecanismo hace que la energía «llegue más tarde y con menos fuerza» al cerebro. Menos fuerza equivale a menos aceleración angular, y esta supone un desplazamiento más lento y breve en el cerebro, y por tanto menor tensión y riesgo de lesión.

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Físicamente, el sistema MIPS consiste en una especie de «gorro» que se sitúa entre el acolchado del casco y la calota interna. Suele estar fabricado en policarbonato y barnizado en un material de baja fricción, aunque según la versión y el tipo de casco, también se recurre a otras soluciones como tejidos de baja fricción. El espesor de la película es de 0,5 milímetros, lo cual supone una ventaja a la hora de su adaptación a los cascos al no exigir grandes modificaciones. Obviamente, cada sistema MIPS se diseña para cada modelo de casco en concreto según la forma interna del mismo y teniendo siempre encuenta otros factores como los canales de ventilación.

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«La adaptación es muy sencilla -explica Halldin-, y las marcas de cascos solo han de modificar ligeramente la línea de EPS -la calota interna- para los anclajes del sistema. El mayor problema en el caso de los cascos de moto, y que no ocurre con los de bici y los de esquí, es que el proceso de recertificación del casco es muy lento y costoso, lo cual afecta a que más marcas quieran aplicarlo en sus cascos. Por eso siempre es más fácil cuando se instala en un casco que se diseña desde cero, aunque también tenemos soluciones para otros casos. Aun así, en el sector de las motos el tema de los certificados y las homologaciones es uno de los grandes problemas. Porque no hay una estandarización. En Estados Unidos se sigue unos métodos de prueba para la homologación, y en Europa otros. En nuestra opinión ambos están equivocados en cuanto a que en las pruebas solo se realizan impactos lineales, y no angulares, como hacemos nosotros, por las razones que te he explicado. El sector de las bicis y el del esquí está a favor de estos avances, pero en las motos son más reacios a los cambios. También hay problemas de estandarización con el tipo de cabeza empleada en los ensayos, pues en nuestra opinión la actual no es la más adecuada, porque está diseñada para la automoción. Nosotros estamos desarrollando una cabeza de ensayo más adecuada».

Aunque las normativas de homologación aun no lo contemplan, la FIM sí ha establecido una prueba de impacto angular para los cascos de competición

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«Nuestro deseo es que haya una estandarización de los procesos de prueba -continúa Halldin-, para que sea para todos igual y los usuarios tengan más fácil reconocer qué tipo de seguridad ofrece el casco que quieren. Además, se da el caso que en Europa la regulación de los cascos está bajo la Comisión Económica de las Naciones Unidas, en lugar de por el Comité Europeo de Normalización, en el que sí estamos presentes en sus grupos de trabajo, pero no en la UN. Aun así, creo que se están dando pequeños avances. La FIM ha establecido una prueba de impacto angular para la homologación de los cascos de competición -ya vigente para competiciones en asfalto, y en el futuro para modalidades off road-, y es algo que también se contempla en la futura normativa ECE 22.06, aunque no llegará hasta dentro de un par de años».

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La idea de los suecos está respaldada por las iniciativas emprendidas por otras compañías en los últimos tiempos. El primer esbozo del concepto lo tuvo el británico Ken Phillips, que en 1994 patentó un casco con un sistema de deslizamiento, pero en su casco por el exterior del mismo, mediante una membrana elástica -la complejidad del sistema limitó su éxito comercial-. La marca americana 6D lanzó en 2013 un casco de motocross con elastómeros intercalados entre un línea de EPS dividida en dos para amortiguar movimientos angulares, y luego llegaron otras propuestas propias, siempre para cascos «off road», de Leatt, Shoei, FLY y Fox -éste último, con un sistema denominado Fluid cuya patente fue adquirida posteriormente por MIPS-. Esto en el sector de las motos, porque en las bicis ya existen incluso más opciones.

Peter Halldin: los usuarios de moto de campo son conscientes de la posibilidad de caerse, los de carretera no tanto

Actualmente, el sistema sueco está empleado en cascos de moto por marcas como Alpinestars, Bell, Troy Lee Desing, Thor, Scott, Answer, KYT, Kabuto, Klim, Moose Racing y O´Neal, entre otros. Una lista que refleja una acogida claramente mayor en el sector de la moto campo que en la de carretera, algo que también reconoce el propio Halldin: «la acogida de MIPS en motocross ha sido muy buena desde el principio, pero en carretera no tanto. Los fabricantes de cascos parecen más apegados a la tradición aquí. Además, creemos que los usuarios de moto de carretera tienen la idea de que no se van a caer, mientras que los de motocross son más parecidos a los de las bicis y el esquí, pues saben que en su actividad están expuestos a caídas».

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Laboratorio de ensayos

Durante nuestra visita a la sede de MIPS en Täby, Estocolmo, pudimos conocer el laboratorio de pruebas de cascos. Aunque debido a los trabajo de traslado a la nueva sede no estaba plenamente operativo, pudimos conocer el proceso de trabajo. Inicialmente, MIPS empleaba un banco de pruebas propio -diseñado por Halldin-, que consistía en una plataforma que se desplazaba en sentido horizontal, impulsada por un motor eléctrico, y sobre ella se dejaba caer el casco de pruebas, para simular un impacto angular -aunque al revés de lo normal, pues en la vida real es el piloto el que se desplaza hacia el suelo-. Este sistema permitía emular velocidades de impacto muy elevadas, pero su complejidad y su tamaño llevaron a descartarlo en 2015.

A diferencia de las pruebas tradicionales, MIPS emplea un yunque con ángulo de 45º para generar la rotación del casco

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Desde entonces emplean un soporte de lanzamiento convencional, que consiste en un poste vertical, sobre el que desliza una plataforma en la que se apoya el casco. Éste se deja caer en caída libre, sin ningún tipo de aceleración asistida, por lo que para testar impactos a distintas velocidades se ha de tirar desde diferentes alturas. El casco impacta contra un yunque, cuya forma especial es lo que diferencia el test específico de MIPS de los test exigidos por las diferentes homologaciones. En éstas, el yunque es de tipo plano o esférico, para emular un impacto lineal. MISP emplea sin embargo un yunque con perfil diagonal, en pendiente de 45º, lo que fuerza la rotación del casco al impactar con él.

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Además, la empresa sueca se vale de una cabeza de ensayo HIII, aunque modificada, con nueve acelerómetros integrados, en lugar de los tres habituales, lo que permite medir la rotación en un plano tridimensional. Los sensores miden la velocidad del giro de la cabeza al rotar, y así se sabe cómo y cuánto gira. Extrapolando los datos en el programa de análisis de elementos finitos se consigue la simulación del movimiento y también se calcula el estrés que sufre el cerebro. Cada ensayo se graba con cámaras de alta velocidad para analizar lo ocurrido en el impacto. En los videos que pudimos observar se aprecia claramente cómo, en los cascos con MIPS, la cabeza rota menos que en los cascos sin el mecanismo.

El trabajo de MIPS para la instalación del sistema en un casco en concreto, comienza por el estudio del modelo en cuestión para la fabricación del primer prototipo del mecanismo. Posteriormente se hacen los ensayos de impacto con un casco con el sistema MIPS y con el mismo casco sin el sistema, y se comparan los datos. Para un mismo casco se llegan a hacer hasta 50 ensayos, y siempre se prueba en tres puntos y posiciones diferentes, frontal, lateral y occipital. Hasta le fecha, han realizado cerca de 30.000 ensayos. Aunque la labor principal es comprobar la eficacia del sistema MIPS frente a impactos angulares, también se realizan pruebas de impacto lineales y otras habituales en las homologaciones -como penetración o sistema de cierre-.

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En todos los casos se busca que la reducción de la tensión en el cerebro sea como mínimo de un 10%, aunque en la mayoría de casos se logra una mejora del 30%, e incluso de hasta 60% puntualmente. Una vez obtenidos los datos deseados, para todas y cada una de las tallas de un mismo modelo de casco, se da la aprobación para que salga al mercado con el sistema MIPS. El sello amarillo en el exterior del casco asegura la instalación de este mecanismo que aumenta la seguridad frente a impactos angulares.

Los proyectos de futuro de la empresa contemplan el desarrollo de cascos específicos para niños, así como nuevos métodos de ensayo, el estudio de la influencia del cuello en la cinemática de la cabeza en un impacto y seguir progresando en pos de una mayor estandarización de los procesos de prueba de los cascos de protección.

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