MIPS helm en Co: Hoe werken rotatiesystemen in fietshelmen?

Uit wetenschappelijk onderzoek blijkt dat de hersenen bijzonder gevoelig zijn voor rotatie. Bij een schuine botsing bijvoorbeeld, zoals meestal het geval is bij mountainbiken, komen zogenaamde dissecties en verwondingen aan de schepen bijzonder vaak voor. Er is een risico op traumatisch hersenletsel. MIPS (Multi-Directional Impact Protection System) is ontworpen om rotatie-energie te verminderen in het geval van een botsing door een wrijvingsarme laag te bieden waarmee de helm van het hoofd kan glijden. Rotatie-energie wordt dus omgezet in translatie-energie. Net als bij een val op ijs moet het hoofd in de oorspronkelijke richting blijven bewegen. Tot zover de theorie. Maar in werkelijkheid is daar weinig betrouwbaar materiaal voor. In uitgebreide tests hebben we geprobeerd het werkingsmechanisme en de voordelen van MIPS-helmen tot op de bodem uit te zoeken

In 2007 lanceerde het Zweedse bedrijf de eerste fietshelm uitgerust met MIPS. Maar over het algemeen is het beveiligingssysteem gebaseerd op 25 jaar onderzoek en ontwikkeling. Al in 1996 begon de Zweedse neurochirurg Hans van Holst de bouw van helmen te onderzoeken. Hij wilde weten waarom zoveel patiënten met hersenletsel in het ziekenhuis werden opgenomen, ook al droegen ze een helm. Samen met ingenieur Peter Halldin, een wetenschapper aan het Zweedse Koninklijke Instituut voor Technologie, realiseerde hij zich dat een val in de meeste gevallen resulteerde in een schuine impact op de grond. In tegenstelling tot een frontale/rechte botsing, waarop de constructie van conventionele helmen is gebaseerd, komt trauma door rotatiekrachten veel vaker voor bij een schuine botsing. Op basis van deze bevindingen ontwikkelden de twee onderzoekers een wrijvingsarme schaal die was ontworpen om de rotatiekrachten die op het hoofd inwerken tijdens een val te verminderen. MIPS was geboren.

Tegenwoordig is het rotatiesysteem te vinden in meer dan 800 helmmodellen wereldwijd. Inmiddels zijn er verschillende versies van het MIPS-systeem die een relatieve rotatie tussen de helm en het hoofd van 10 tot 15 millimeter mogelijk maken en dus bedoeld zijn om het risico op een hersenschudding aanzienlijk te verminderen.

De klassieke gele Low Friction Layer (LFL) is nog steeds geïnstalleerd in veel huidige helmmodellen. Maar inmiddels hebben de Zweden diverse doorontwikkelingen van het MIPS-systeem op de markt gebracht. In sommige gevallen zijn de systemen zo discreet in de helm geïntegreerd dat ze op het eerste gezicht niet eens herkenbaar zijn. Hier is een kort overzicht van de MIPS-varianten.

De klassieke MIPS met gele schaal, de zogenaamde LFL (Low Friction Layer), wordt vooral gebruikt voor volumemodellen (massaproducten) of goedkope helmen. Het wordt op zijn plaats gehouden door kleine elastomeren in de helm. In de test hebben we BrIC-waarden (Hersenletselcriterium) tussen de 6 en 26 procent.

Net als Essential Core zit MIPS Evolve Core tussen de helmschaal en de pad. Een pasvorm van de LFL die precies is afgestemd op de betreffende helm is bedoeld om de ventilatie te verbeteren en het gewicht te verminderen. Scott, Julbo of Troy Lee vertrouwen bijvoorbeeld op het systeem, maar bereiken er slechts matig goede waarden mee.

Hier is de rotatiebescherming bijna onzichtbaar geïntegreerd in de helmvulling. Dit bespaart gewicht en interfereert niet met een extra laag in de ventilatie. De schuiflaag zit aan de binnenkant van de bekleding. IXS en Specialized behalen goede resultaten in de test.

Bell en Giro vertrouwen op een uitgebreid ontwerp, dat door andere fabrikanten Integra Split wordt genoemd. De helmen bestaan uit twee losse schelpen die tegen elkaar aan gedraaid kunnen worden. De constructie is complex en duur. Beide beschermen op een goed niveau in de test.

MIPS Integra Fuse combineert het voormalige SPIN-systeem van Poc met MIPS. Hier zit een soort siliconen in de bekleding die alle kanten op kan bewegen. Net als bij MIPS Air zouden de voordelen een laag gewicht en goede ventilatie zijn. In ieder geval is de rotatiebescherming erg goed.

Inmiddels hebben ook andere fabrikanten hun eigen rotatiesystemen ontwikkeld. 100% roept zijn systeem Smartshock, Leatt installeert zijn zogenaamde 360° Turbine Technologie in de helmen en Kali vertrouwt op de Laag met lage dichtheid. Bontrager heeft ook een eigen beveiligingssysteem in zijn programma – Wavecel. Volgens fabrikanten moeten de systemen het risico op een hersenschudding met maximaal 40 procent verminderen.

Smartshock/100% Kleine, beweegbare elastomeren zijn geïntegreerd tussen de helmschaal en de pad. De Smartshock-buffers zijn ontworpen om schokken te absorberen en de rotatie-energie af te voeren die optreedt in het geval van een schuine impact. Op de testbank laat Smartshock geen overtuigend effect zien.

Kleine lenzen van 360 graden gemaakt van flexibel plastic aan de binnenkant van de helmschaal zouden lineaire schokken tot 30 procent absorberen en de rotatieversnelling met maximaal 40 procent verminderen. In vergelijking met helmen met MIPS is het risico op een hersenschudding aanzienlijk hoger.

WaveCel is een samendrukbare celstructuur aan de binnenkant van de helmschaal. In het geval van een botsing buigen de cellen, comprimeren ze vervolgens als een bumper en worden ze uiteindelijk verondersteld te verschuiven om de energie van het hoofd af te leiden. Het systeem ligt onder het gemiddelde van de MIPS-waarden.

Net als Leatt installeert Kali visco-elastische inzetstukken aan de binnenkant van de helm. Ze zijn ontworpen om hotspots bij impact te verminderen. Het systeem kan niet voldoen aan de geadverteerde tot 25 procent lagere rotatiekrachten en tot 30 procent lagere g-krachten tijdens lineaire botsingen. In vergelijking met MIPS vrij weinig effect.

In de regel leveren fabrikanten geen bewijs van het effect. En het effect van MIPS kan nauwelijks worden bewezen door onafhankelijke studies. Zelfs de TÜV kan hier niets aan doen. De momenteel geldende testnorm voor helmen EN 1078 omvat geen testen van rotatiekrachten. Hoewel in 2022 ook in de motorfietssector een rotatietest werd geïntroduceerd met ECE 22.06, wordt in de fietssector nog gesproken over een aanpassing van de norm – de uitkomst is onzeker. Onderzoekers en ontwikkelaars die in de onafhankelijke commissies nieuwe testnormen bespreken, gaan er echter van uit dat over drie tot vier jaar ook rotatietesten verankerd zijn in de Europese testnorm voor helmen. Maar zo lang wilden we niet wachten.

Om de huidige generatie helmen realistisch te testen, hebben we in 2020 zelf een helmtestbank ontwikkeld, gebaseerd op de methoden die in de wetenschap en door op onderzoek gebaseerde fabrikanten worden gebruikt. Voor de test is de helm aangepast aan een aluminium sonde van 4,9 kilogram. In de gesimuleerde val worden de helm en het hoofd op een slee geleid en raken een stalen oppervlak dat onder een hoek van 45 graden bij 21 km/u schuin staat. Schuurpapier in korrel 40 imiteert de ruwheid van het substraat.

Dit is analoog aan de testfaciliteiten Virginia Tech, Folksam en andere onderzoeksinstellingen. De wagen zoeft langs het contactoppervlak en laat de helm los, die na de botsing wegspringt. Een zescomponentensensor in de sonde registreert versnellings- en rotatiesnelheden rond de drie assen in de ruimte tijdens de botsing en in de daaropvolgende vluchtfase. Bij de eerste poging slaat de helm frontaal in, in de tweede op de zijkant. We evalueren de versnelling volgens de grootste resulterende waarde – hoe lager hoe beter. De gemiddelde waarde van vier metingen wordt gegeven.

We zetten de hoofdrotatie om in een BrIC-waarde (Brain Injury Criterion), die aangeeft hoe schadelijk de beweging is voor de hersenen. Deze methode wordt veel gebruikt in de wetenschap en gebruikt de zogenaamde AIS-code om uitspraken te doen over de kans op een hersenschudding.

In onze huidige test (BIKE 10/2023) was de kans op een hersenschudding (volgens AIS-code) met een helm uitgerust met MIPS gemiddeld ongeveer 16 procent. De effectiviteit van de individuele systemen hangt sterk af van de integratie in de helm. In het algemeen kan niet worden gezegd dat een bepaald ontwerp beter beschermt dan andere. In de test maten we het risico op een hersenschudding tussen 6 en 26 procent met de verschillende MIPS-systemen.

Ter vergelijking: het risico van modellen zonder MIPS in de huidige test is 35,5 procent. MIPS vermindert het risico op een hersenschudding aanzienlijk, maar afhankelijk van het geïnstalleerde systeem. Alleen de WaveCel-technologie van Bontrager levert vergelijkbaar goede waarden met een waarschijnlijkheid van 7 procent. Bij de laatste helmtest wist het systeem ook te overtuigen met een waarschijnlijkheid van 15 procent, maar dan op een ander model.

Overigens konden we in de test geen positief effect van andere rotatiesystemen bevestigen. Hoewel het risico op een matige hersenschudding met Smartshock in de test 35 procent is (in 2020 haalde het systeem slechts een waarde van 50 procent, ook in een ander helmmodel), overtuigt de 360° turbine van Leatt ook niet. Hier is dat een zeer hoge 44 procent. Kali was niet vertegenwoordigd in onze test van 2023. Het cijfer van 33 procent voor 2020 suggereert echter ook een aanzienlijk kleinere impact dan MIPS.

Natuurlijk is de vraag hoe goed het MIPS-systeem beschermt in een directe vergelijking ook spannend. Sommige helmmodellen zijn nog steeds op de markt verkrijgbaar, zowel met als zonder een extra MIPS-laag. Het effect van het Zweedse veiligheidssysteem kan daarom het best worden geïllustreerd in een directe vergelijking. Ter illustratie testten we naast de Lazer Impala MIPS ook het identieke model zonder MIPS in de test in BIKE 2020. Ons experiment met de twee Impala-modellen bewijst duidelijk een verbetering van de crashtestwaarden ten gunste van de MIPS-helm. Ook de vergelijking van de IXS Trigger AM met en zonder MIPS bevestigt deze stelling. Terwijl de rotatiewaarden in de test van 2020 nog 44 procent waren, vermindert het gebruik van MIPS in de test van 2023 het risico op een hersenschudding tot slechts 10 procent. Een zeer belangrijke waarde.

Natuurlijk heeft MIPS niet alleen voordelen: Gemiddeld kost een helm met MIPS zo’n 25 euro meer. Afhankelijk van de gebruikte versie neemt het gewicht ook met enkele grammen toe.

Aan 130 euro, de Impala zonder MIPS 20 euro minder en scheelt ook nog eens 30 gram gewicht. Voor de rest zijn de twee helmen identiek. De kans op een gemiddelde hersenschudding bij een val is 39 procent en de versnellingskracht bij impact is 109,8 g.

Door de Lazer Impala MIPS De kans op een matige hersenschudding is slechts 26 procent. Ook de acceleratiekrachten zijn iets teruggebracht tot 98,5 g. Naar onze mening heeft de dunne, glijdende schaal in de helm geen negatieve invloed op het draagcomfort.

Het verschil is nog duidelijker met de IXS-trigger. Tijdens de Helm zonder MIPS Met een kans op een matige hersenschudding van 44 procent, de Trigger AM met MIPS Aanzienlijk betere waarden. Een reductie naar slechts 10 procent is enorm. De versnellingswaarden veranderen slechts licht. Terwijl de prijs van de Trigger AM MIPS fors is verhoogd naar 189 euro, is het gewicht met een goede 40 gram verminderd.

Met een afbeelding van onze helmtestbank kan ook het effect van MIPS worden gevisualiseerd. De grafiek toont de meetresultaten van de Cube Heron (TOUR 6/2023) na een crashtest. De zes bochten geven weer wat de zes sensoren in de helm hebben gemeten bij een schuine botsing: elk drie versnellings- en drie rotatiewaarden. De grafiek laat zien dat het MIPS-systeem de rotatie van de kop dempt tot 400 °/s. Zonder MIPS hebben we in de test waarden tot 1.500 °/s gemeten.

FIETS: De norm stelt de grenswaarde voor acceleratiewaarden voor het hoofd op 250 g. Wat zouden de gevolgen zijn van zo’n impact?

Stefan Lorenzl: 250 keer de versnelling door de zwaartekracht – dat klinkt in eerste instantie als veel. Dit kan echter frontaal samenkomen bij een val van ongeveer anderhalve meter. Zonder helm kan dit fataal zijn. Om het botweg te zeggen, het schedelbot breekt.

De beste helmen in de test liggen rond de 80 g. Hoe zit het met de blessures hier?

Dat is echt een acceptabele waarde. Sinds steeds meer fietsers een helm dragen, zijn er aanzienlijk minder ernstige en dodelijke verwondingen, vooral onder mountainbikers.

Zou het niet logisch zijn om de grenswaarde in de norm naar beneden bij te stellen?

Dat zou ik zeker aanraden. We zien ook dat zelfs met de huidige helmen er nog steeds ernstige verwondingen kunnen optreden. Vooral in het wegverkeer zijn hier vaak hele andere krachten aan het werk. Vooral omdat de helmen niet getest zijn op de verschillende vormen van impact, maar alleen op de lineaire impact.

In de praktijk raakt de biker echter meestal schuin het oppervlak.

Hier komen zogenaamde dissecties en verwondingen aan de vaten, die worden veroorzaakt door rotatiekrachten, veel vaker voor. Een snelle beweging naar achteren is voldoende. Als gevolg hiervan kunnen beroertes ook optreden als het ernstigste gevolg.

Hoe kan het werkingsmechanisme van MIPS vanuit medisch oogpunt worden gezien?

Deze technologie is nog steeds het onderwerp van controverse. Tot nu toe zijn er slechts een paar goede wetenschappelijke studies hierover, die vaak objectiviteit missen.

Volgens onze testresultaten vermindert MIPS de kans op een matige hersenschudding met gemiddeld 50 procent.

Onder deze testomstandigheden zijn de resultaten echt interessant, het systeem lijkt eigenlijk logisch te zijn. De waarden zijn zeer significant. In onderzoek en ontwikkeling zouden risicoreducties van 10 tot 20 procent ervoor zorgen dat mensen rechtop gaan zitten en opletten. In ieder geval is het bereik dat in de test is gemeten aanzienlijk. De effectiviteit lijkt mij aannemelijk.

Onze metingen van de afgelopen twee tests laten duidelijk zien dat MIPS de schadelijke rotatiekrachten op het hoofd aanzienlijk kan verminderen. Het effect van MIPS is echter sterk gerelateerd aan het geïnstalleerde systeem in elk geval en, vooral, hoe goed MIPS is geïntegreerd in het respectieve helmmodel. Als het enige rotatiesysteem van een andere fabrikant kan Bontrager’s WaveCel concurreren met de marktleider MIPS met zeer goede tarieven op het gebied van rotatiebescherming. Volgens onze metingen verminderen de andere systemen zoals Smartshock, 360° turbine of LDL de gevaarlijke krachten helemaal niet of slechts in zeer geringe mate.

Hoewel helmen met MIPS beter beschermen dan modellen zonder het rotatiesysteem, kan geen enkele helm honderd procent bescherming tegen hersenschuddingen garanderen. In onze ogen is de winst in veiligheid echter een toeslag van zo’n 10 tot 15 euro waard voor een helm voorzien van MIPS.