具有非线性变形元件的防护头盔的制作方法

本申请要求以下未决申请的优先权：

(a)2013年11月5日提交的美国临时专利申请No.61/900212；

(b)2014年1月3日提交的美国临时专利申请No.61/923495；

(c)2014年9月11日提交的美国临时专利申请No.62/049049；

(d)2014年9月11日提交的美国临时专利申请No.62/049161；

(e)2014年9月11日提交的美国临时专利申请No.62/049190；以及

(f)2014年9月11日提交的美国临时专利申请No.62/049207。

上述所有申请通过引用整体合并于此。此外，以引用方式并入本文的上述申请所公开的实施方式中的元件和特征可以与本申请中公开并要求保护的各种元件和特征组合。

技术领域

本发明主要涉及防护头盔。特别地，几个实施方式针对其中含有非线性变形元件的防护头盔。

背景技术：

运动相关的创伤性脑损伤，尤其是脑震荡，已经成为美国国家橄榄球联盟(NFL)、全国大学生体育协会(NCAA)、各级别橄榄球队及参与者关注的首要问题。其他运动参与者，如自行车和滑雪运动参与者，对于这种损伤也十分关注。目前的头盔技术还很不足，因为它主要保护表面的头部损伤，而不是防止可由直向或斜向力引发的脑震荡。此外，目前既有头盔线性吸收入射力，从而将大部分入射力传递至佩戴者头部。

附图说明

图1A示出根据本发明实施方式构造的防护头盔的透视图。

图1B示出图1A所示防护头盔的横截面透视图。

图2A-2C示出构造为用于根据本发明构造的防护头盔界面层的丝的不同实施方式。

图3A–3D示出根据本发明实施方式构造的部分界面层的变形。

图4A和4B示出根据本发明实施方式的包括多段拼块的界面层。

图5A–5I示出根据本发明实施方式的各种丝的构造和形状。

图6示出根据本发明实施方式构造的界面层的应力-应变关系曲线图。

图7示出用于根据本发明实施方式的界面层的各种丝密度。

图8示出根据本发明实施方式的包括界面层的防护头盔横截面图，所述界面层具有从头盔外表面延伸的多个丝。

图9A示出根据本发明实施方式构造的包括界面层的防护头盔横截面图，所述界面层具有两种不同类型的丝。

图9B示出图9A所示防护头盔的放大细节图。

图9C示出图9A所示防护头盔局部变形的横截面图。

图9D示出图9C所示局部变形的防护头盔的放大细节图。

图10示出根据本发明实施方式制造界面层的方法流程图。

图11示出根据本发明实施方式制造界面层的另一方法流程图。

图12示出根据本发明实施方式构造的丝中包含力传感器的防护头盔横截面透视图。

具体实施方式

本发明主要涉及内部含有非线性变形元件的防护头盔。所公开头盔的实施方式包括，例如，内层、外层及设置在内层和外层之间空间内的界面层。界面层可以包括多个丝，所述多个丝被构造成能够响应于入射力而发生非线性变形。

以下将结合附图1A-12对本发明几个实施方式的详细细节进行描述。虽然以下描述的许多实施方式都是针对设备、系统及防护头盔方法，但其它实施方式也包含在本发明的范围内。此外，本发明的其它实施方式可以具有与本文所述实施方式不同的构造、部件和/或程序。例如，其它实施方式可以包括本文描述之外的其它元件和特征，或者其它实施方式可以不包括本文所示及所描述的一些元件和特征。

为了引用方便，本文自始至终使用相同的附图标记来表示类似或类同的部件或特征，但使用相同附图标记不表示这些部件应当构造为完全一样。实际上，在本文描述的许多实施例中，附图标记相同的部件在结构和/或功能上有明显区别。

防护头盔的选取的实施方式

图1A示出根据本发明实施方式构造的防护头盔101的透视图。图1B示出图1A所示头盔的横截面透视图。结合图1A和1B，头盔101包括外层103、内层105，以及外层103和内层105之间的空间或空隙107。界面层109包括设置在外层103和内层105之间的空间107内的多个丝111。在图中所示实施方式中，丝111在靠近外层103的外表面113和靠近内层105的内表面115之间延伸，并且跨越或大体跨越空间107。衬垫117设置为靠近内层105。衬垫117可以构造为舒适地顺应佩戴者头部(未示出)。

在一些实施方式中，头盔101的外层103可以由单层连续壳体构成。但在其它实施方式中，外层103可以具有不同的构造。外层103和内层105均可以相对刚性(例如，由硬塑料材料构成)。但是，外层103可以足够柔韧以在受到入射力时可以发生局部变形。在某些实施方式中，内层105可以相对硬，从而防止抛射体或强烈冲击造成头骨破裂或血肿。在一些实施方式中，内层105可以比外层103至少刚性5倍。在一些实施方式中，外层103也可以包括多个可变形梁，其柔性连接并布置成使得梁的纵向轴线大体平行于外层表面。进一步地，在一些实施方式中，每个可变形梁可以柔性连接至至少一个其它可变形梁及至少一个丝。

丝111可以包括细的柱形或细长结构，其被构造成能够响应于头盔101上的入射力而发生非线性变形。这种构造可以具有很大的高宽比，例如，从3:1到1000:1，从4:1到1000:1，从5:1到1000:1，从100:1到1000:1等等。丝111的非线性变形应当提供高冲击直向力及斜向力的强化保护。更具体地，丝111可以被构造成能够响应于入射力而弯曲，其中，所述弯曲的特征在于经受高压缩应力的丝111的突然失效，其中在失效时刻的实际压缩应力小于该材料能够承受的极限压缩应力。丝111可以被构造成能够弹性变形，从而一旦外力移除，丝111可以大体恢复初始构造。

至少部分丝111可以构造为具有抗张强度，以抵抗外层103从内层105分离。例如，在外层103相对于内层105的横向运动过程中，具有抗张强度的丝111可以施加力，用以抵消外层103相对于内层105的横向运动。在一些实施方式中，可能有线、橡皮筋或其它元件嵌于丝111内或以其它方式联接至丝111，用于施加额外抗张强度。

例如，如图1B所示的实施方式中，丝111可以直接附接至外层103并/或直接附接至内层105。在一些实施方式中，至少一些丝111的一端可以自由活动，其相对端联接至邻接面。由于丝111为柔性，外层103可以相对于内层105横向移动。在一些实施方式中，可选地，丝111的一端或两端可以具有旋转部件，其被构造成旋转地适配在内层或外层中的相应承座内。在一些实施方式中，至少一些丝111可以大体垂直于内表面115和外表面113中的一者或两者。

丝111可以由各种适合材料构成，如泡沫、弹性材料、聚合物材料或其任意组合。在一些实施方式中，丝可以由形状记忆材料和/或自修复材料制成。进一步地，在一些实施方式中，丝可以在不同方向上表现为不同的抗剪性能。

在一些实施方式中，头盔101可以被构造成能够响应于入射力而发生局部和弹性变形。在特定实施方式中，例如，头盔101可以被构造成使得在施加约100-500磅之间的静态力时，外层103和界面层109变形幅度为约0.75-2.25英寸之间。上述变形能力可以通过改变丝111的构成、数量及构造，以及改变外层103和内层105的构成和构造来调谐。

图2A-2C示出构造为用于根据本发明实施方式的防护头盔(例如，头盔101)的界面层(例如，界面层109)的丝的不同实施方式。参见图2A，例如，多个丝211a具有正多边形横截面形状。各个丝211a具有高度201、宽度203、以及相邻丝211a之间的间隔205。参见图2B，丝211b的一端可以连接至内表面215，且其相对端可以自由活动。在图2C中，丝211c可以在其中点处联接至脊207，从而使丝211c从脊207朝两个相反方向向外延伸。结合图2A-2C，丝211a-211c可以采用任何合适形状，包括圆柱形、六边形(倒蜂窝形)、正方形、不规则多边形、随机形状等等。丝211a-211c与内表面215或脊207之间的连接点、尺寸201、203、205、丝的材料、丝211a-211c之间空间内的材料，都可以进行修改以调谐丝的正交特性。这种可调节性应当提供所需的变形性能，并且可以在界面层的不同区域之间变化。丝211a-211c可以由允许大幅弹性变形的任何材料制成，包括例如，泡沫、弹性泡沫、塑料等。丝211a-211c之间的间隔可以用气体、液体或复合流体填充，以进一步调谐整体结构材料性能。在一些实施方式中，例如，所述空间可以用气体、液体(例如剪切稀化或剪切稠化液体)、凝胶(例如剪切稀化或剪切稠化凝胶)、泡沫、聚合材料或其任意组合填充。

图3A-3D示出界面层309的变形，界面层309具有外表面313、内表面315和在外表面313和内表面315之间延伸的多个丝311。例如，图3A示出未施加外力时的界面层309。在图3B中，向外表面313施加向下的力F₁，导致部分丝311变形。图3C示出外表面313响应于切向力F₂而相对于内表面315平移。在图3D中，竖向切向力F₃导致丝311变形。在外表面313的较大面积上分布斜向力和/或切向力可能导致丝311发生切变，或导致一些丝311发生局部弯曲。

图4A和4B示出根据本发明实施方式构造的包括多段拼块的界面层409。多个丝411附接至内表面415并从内表面415延伸离开。界面层409的外表面413划分为多段拼块414(图中示出了三段拼块414a-414c)。从图4B中可以清楚地看到，贯穿界面层409的丝411具有公共内表面415，但只有丝411的子集联接在一起以限定各段拼块414a-414c。在图4A和4B中，图中示出拼块414a-414c为较紧密的六边形，但在其它实施方式中，拼块414a-414c可以是其它形状，包括正多边形和不规则多边形、圆柱形等。拼块414设置为允许一组丝411响应于局部冲击力而弯曲、切变，或以其它方式相对于其它相邻拼块414移动。在一些实施方式中，一些拼块414可以被构造成能够响应于冲击力而在相邻拼块414上方或下方移动。在某些实施方式中，拼块414可以互相柔性连接。拼块414a-414c可以构造为互相嵌合。拼块414a-414c之间的空间可以是空气，也可以用其它材料填充(例如，泡沫、液体、凝胶等)。

图5A–5I示出根据本发明实施方式的各种丝的构造和形状。图5A-5I所示的丝可以用于本文公开的任意界面层。首先参见图5A，例如，界面层509包括从内表面515a延伸的多个丝511a，外表面513a划分为单独的分立部分。图5B示出柔性弯曲的界面层509。例如，界面层509可以弯曲以符合头盔曲率。丝511a、外表面113a和/或内表面115a的材料可以是柔性的，以允许这种弯曲。

图5C-5F示出丝511c-511i在界面层509内的布置平面图。丝511c可以具有均匀的尺寸和形状，并且各向同性分布(如图5C)。至于图5D，一些丝511d比另一些大，并且可以非均匀分布。在图5E和5F中，丝511e呈现出不规则形状和图案。图5G-5I示出具有不同构造的单个丝511g-511i的侧视图。在图5G中，例如，丝511g连接至内表面515g，但与外表面513g分离。在图5H中，丝511h具有沿其长度变化的不同厚度。在图5I中，丝511i是中空的，如中空圆柱形。在某些实施方式中，一个或多个丝可以是中空的，从而使丝包括沿丝的高度延伸部分距离的腔。丝的排列方式、尺寸和形状可以变化，以达到相应界面层所需的机械性能，例如，变形性能、刚度等。

在一些实施方式中，丝可以设置在外表面和内表面之间，从而使丝的纵向轴线不垂直于所述外表面和所述内表面中的任意一个。在一些实施方式中，第一子集丝的纵向轴线相对于所述外表面和/或内表面中至少一个的角度可以与第二子集丝的纵向轴线相对于所述外表面和/或内表面的角度互补。例如，第一丝的纵向轴线可以设置为相对于内表面呈30度角，第二丝的纵向轴线可以相对于内表面呈150度角。在一些实施方式中，所述第一丝和第二丝可以在交叉点处互相连接。

图6示出根据本发明实施方式的界面层的应力-应变关系曲线图。如图所示，随着应变(D)增加，应力(σ)开始在I区中迅速增大。接下来，在II区中，应力相对平坦，之后应力在III区进一步增大。该非线性关系所示性能与屈曲中观察到的相似，其具有初始刚性区(I区)，之后迅速过渡至斜率平缓、下降或上升(II区)，然后是斜率不同的第三区(III区)。如图6所示，虚线表示界面层可能的可选应力-应变曲线。由于界面层中丝的材料、排列方式及构造不同，可以调整应力-应变关系以达到所需曲线。在一些实施方式中，界面层可以是正交各向异性的(即，对于应力的不同分力，表现为不同的非线性应力-应变关系)。

图7示出用于根据本发明实施方式的防护头盔的各种丝密度。如上文所述，防护头盔可以包括内部含有多个丝的界面层。界面层的变形性能可以根据丝的成分和排列方式调节/调谐。如图7所示，丝的排列方式和密度可以因在头盔上的位置不同而不同。例如，前后部分的丝密度可以最大，左右部分的丝密度较小，左右耳上方的丝密度更小。因为受保护的佩戴者从前后方收到巨大冲击力的风险较高，头盔的这些部分中丝的密度可以比佩戴者耳朵上方的头盔部分中丝的密度大。相应地，根据预期冲击力的类型和频率不同，丝的密度和构造在整个头盔中可以相应地有所不同。

图8示出防护头盔801的横截面图，其具有从外层803延伸的多个丝811。如图所示，丝811不附接至内层。衬垫817设置为从丝811向内。这种构造可以实现丝811的可调谐抗剪性能和可调谐非线性变形。

图9A示出根据本发明实施方式构造的具有界面层909的防护头盔901横截面图，界面层909具有两种不同类型的丝911和912。图9B示出部分头盔901的放大细节图。结合图9A和9B，头盔901包括外层903、内层905，以及设置在外层903和内层905之间的界面层909。界面层909包括跨越或大体跨越内层905和外层903之间空间的多个第一丝911。界面层909还包括不大体跨越所述空间的多个第二丝912。衬垫917设置为靠近内层905。包含形状、长度和/或刚度各不相同的两组不同类型的丝，可以增强对界面层909整体材料特性的控制。例如，在一些实施方式中，第二丝912可以比第一丝911更短、刚性更强。当外层903开始变形时，第一丝911可以提供一些阻力。一旦外层903被足够压缩，多个第二丝912接触更刚性的内层905，多个第二丝912可以为界面层909提供更大的阻力以抵挡冲击力。例如，图9C和9D示出局部变形的防护头盔901。第一丝911和第二丝912均响应于入射到头盔901外层903上的冲击力而发生非线性变形。所述变形可以是弹性的，使得在冲击界面层909和外层903后恢复至初始构造。在一些实施方式中，头盔901可以被构造成使得在施加约100-500磅之间的静态力时，外层903和界面层909变形幅度为约0.75-2.25英寸之间。所述形变能力可以通过改变丝911的构成、数量及构造，以及改变外层903和内层905的构成和构造来调谐。

制作防护头盔界面层方法的选取的实施方式

图10示出根据本发明实施方式制造界面层的方法流程图。过程1000开始于框1001，提供第一表面。所述第一表面可以是，例如，聚合物、塑料、泡沫、弹性体或其它适合形成丝的材料片。过程1000继续至框1003，提供第二表面。在一些实施方式中，第二表面可以与第一表面具有相似特性。在框1005中，在第一表面和第二表面之间提供填隙部件。所述填隙部件可以是，例如，具有多个孔的板。所述孔可以限定最终形成于第一表面和第二表面之间的丝的横截面形状及分布。例如，在一些实施方式中，一个或多个所述孔可以呈现为正方形、矩形、三角形、椭圆形、正多边形或其它形状。在框1007中，抵靠填隙部件挤压第一表面和第二表面，从而使部分第一和/或第二表面突出至填隙部件的孔内。在框1009中，以高于第一表面和第二表面玻璃化温度的温度加热第一表面和第二表面，从而使第一表面和第二表面与第一表面和/或第二表面的延伸穿过填隙部件的孔至另一表面的部分熔合。延伸穿过孔的部分成为界面层的丝。该过程在框1011以移除填隙部件结束。在一些实施方式中，移除填隙部件可以包括燃烧填隙部件、溶解填隙部件，或以其他方式移除填隙部件。在一些实施方式中，移除填隙部件后，第一表面和第二表面之间的空间可以用气体、液体或凝胶填充。

图11示出根据本发明实施方式制造界面层的另一方法流程图。过程1100在框1101中以提供具有多个第一突起部件的第一表面开始。例如，所述第一表面可以是具有多个突起部分，如柱状物或隆起的薄片。过程1100继续至框1103，提供具有多个第二突起部件的第二表面，第二突起部件面对第一表面的第一突起部件。在框1105中，至少一个第一突起部件与至少一个第二突起部件对齐。在框1107中，以高于第一表面和第二表面玻璃化温度的温度加热第一表面和第二表面。过程1100继续至框1109，使所述至少一个第一突起部件与所述至少一个第二突起部件接触。由于材料以高于其玻璃化温度的温度加热，第一突起部件和第二突起部件因接触而结合。在框1111中，从第二表面撤回第一表面。这样可以延长结合的第一和第二突起部件的长度，使丝在第一表面和第二表面之间延伸。在一些实施方式中，第一和第二突起部件可以包括泡沫、聚合物、弹性体或其它合适材料。在一些实施方式中，突起部件的横截面形状可以是正方形、矩形、三角形、椭圆形、正多边形或其它形状。在一些实施方式中，第一表面和第二表面之间的空间可以用气体、液体或凝胶填充。

包含力传感器的防护头盔的选取的实施方式

在一些实施方式中，头盔界面层的丝也可以作为力传感器或安装力传感器的基底。图12是丝中包含力传感器的防护头盔横截面透视图。头盔1201包括外层1203、内层1205，以及设置在外层1203和内层1205之间的界面层1209。界面层1209包括跨越或大体跨越内层1205和外层1203之间空间的多个丝1211。力传感器1212(仅示意性地示出)联接至丝1211。在一些实施方式中，可以在每个丝1211内或上嵌入线或膜。在一些实施方式中，传感器1212可以被限定尺寸和构造以产生表示沿丝的纵向轴线的应变或变形的信号。这些传感器1212可以被构造成检测单个丝1211的应变和/或变形。之后，可以利用丝1211和头盔1201结构的已知机械性能，将丝1211和传感器的应变或变形重新与力相关联。在一些实施方式中，通过提供具有电气性能的丝，丝可以直接用作传感器。例如，丝1211可以包括嵌入的掺杂颗粒，用于提供导电性或压阻特性。之后，变形将导致电气性能(如电阻)改变，从而允许力的电测量。在一些实施方式中，丝1211可以制作为压电式，从而允许丝在变形时生成电势或电流。在一些实施方式中，传感器可以包括：光波导管，其具有第一端和第二端；光源，其入射到所述光波导管的一端上；以及光电探测器，其毗邻所述光波导管的相对端，并且能够接收通过所述光波导管传输的光。在一些实施方式中，所述光波导管可以是Bragg衍射光栅。在一些实施方式中，多个传感器中的每个传感器的Bragg衍射光栅可以具有唯一的周期性。

所述多个传感器可以逻辑联接至计算设备和/或数据存储设备，所述计算设备和/或数据存储设备能够储存从所述多个传感器接收到的应变和变形信号。在一些实施方式中，无线通信设备可以联接至所述数据存储设备，并能够将数据存储设备中储存的数据无线传输至第二计算设备。例如，在一些实施方式中，数据存储设备和无线通信设备可以嵌入头盔中，并且可以将储存的数据传输至外部计算设备。在一些实施方式中，数据存储设备可以包括储存在其中的计算机可读程序指令，当所述计算机可读程序指令被计算设备执行时，其导致计算设备根据所述多个传感器生成的应变或变形信号确定入射到头盔上的力的大小和方向。在一些实施方式中，计算设备可以被构造成确定由入射力导致的佩戴者头部加速度。在一些实施方式中，计算设备可以提供信号指示头盔受到的入射力何时超过限定阈值。

通过在单个丝中嵌入传感器，多个传感器可以集成在头盔结构内，并提供力传输的单丝解决方案。来自传感器的数据可以用于量化打击次数、力度及位置，以将打击力度与位置和加速度相关联，从而确定发生创伤性脑损伤的可能性。所述数据也可以用于评估头盔当前的状况及其可能需要的整修或替换。来自个体运动员的数据可以用于调整头盔的材料特性，以适应个体化的动作和/或位置。例如，在橄榄球运动中，中锋的中上部容易受到打击，而外接手容易收到来自后方的切向打击。由于头盔功能性和舒适性的拟合，这种冲击力拟合过程是唯一的。

实施例

1.一种头盔，包括：

内层；

外层，其与所述内层间隔开以限定空间；

界面层，其设置在所述内层和所述外层之间的所述空间内，其中，所述界面层包括多个丝，单个所述丝包括靠近所述内层的第一端和靠近所述外层的第二端，

其中，所述丝能够响应于所述头盔上的外部入射力而发生非线性变形。

2.如实施例1所述的头盔，其中，所述外层响应于所述头盔上的外部斜向力而相对于所述内层横向运动。

3.如实施例1或2所述的头盔，其中，所述丝能够响应于轴向挤压而弯曲。

4.如实施例1-3中任意一项所述的头盔，其中，单个所述丝的高宽比为3:1至1000:1之间。

5.如实施例1-4中任意一项所述的头盔，其中，所述丝包括从以下构成的组中选择的材料：泡沫、弹性体、聚合物及其任意组合。

6.如实施例1-4中任意一项所述的头盔，其中，所述丝由形状记忆材料构成。

7.如实施例1-6中任意一项所述的头盔，其中，所述丝包括自修复材料。

8.如实施例1-7中任意一项所述的头盔，其中，所述丝在不同方向上表现为不同的抗剪性能。

9.如实施例1-8中任意一项所述的头盔，其中，至少部分所述丝具有非圆形横截面形状。

10.如实施例1-8中任意一项所述的头盔，其中，所述丝的横截面形状为从以下形状中选择的一种：圆形、六边形、三角形、正方形和矩形。

11.如实施例1-10中任意一项所述的头盔，其中，所述界面层一些部分的丝密度大于所述界面层的其它部分。

12.如实施例1-11中任意一项所述的头盔，其中，每个丝的厚度沿所述丝的长度变化。

13.如实施例1-12中任意一项所述的头盔，其中，所述内层和/或所述外层进一步包括多个承座，并且其中：

所述丝进一步包括旋转部件，其附接至所述第一端和所述第二端中的至少一个，所述旋转部件能够旋转地适配在所述多个承座之一内。

14.如实施例1-13中任意一项所述的头盔，其中，至少部分所述丝附接至所述内层。

15.如实施例1-14中任意一项所述的头盔，其中，至少部分所述丝附接至所述外层。

16.如实施例1-15中任意一项所述的头盔，其中，每个丝沿纵向轴线延伸，并且其中，所述丝的纵向轴线大体垂直于所述内层和所述外层中至少一个的表面。

17.如实施例1-16中任意一项所述的头盔，其中，所述外层包括多个段，其中，至少一个所述段能够在受到外部入射力时相对于其它段运动。

18.如实施例17所述的头盔，其中，所述丝的所述第二端附接至所述多个段中的一个。

19.如实施例17所述的头盔，进一步包括弹性间隔部件，其将所述多个段互相柔性联接。

20.如实施例1-19中任意一项所述的头盔，其中，所述外层包括能够弹性变形的材料。

21.如实施例1-20中任意一项所述的头盔，其中，所述外层包括多个可变形梁，每个所述可变形梁包括两端和纵向轴线，其中，所述多个可变形梁中的每个可变形梁的两端柔性连接至至少一个其它可变形梁，并且其中，所述纵向轴线平行于所述外层的表面。

22.如实施例21所述的头盔，其中，每个所述可变形梁的两端柔性连接至至少一个其它可变形梁及至少一个所述丝。

23.如实施例1-22中任意一项所述的头盔，其中，所述内层包括壳体，其被构造成大体围绕佩戴者头部。

24.如实施例1-23中任意一项所述的头盔，其中，所述内层包含的材料刚度至少为所述外层材料的五倍。

25.如实施例1-24中任意一项所述的头盔，其中，所述内层包括衬垫，其被构造成大体顺应头部轮廓。

26.如实施例1-25中任意一项所述的头盔，其中，至少一个所述丝是中空的。

27.如实施例1-26中任意一项所述的头盔，其中，至少一个所述丝是圆锥形。

28.如实施例1-27中任意一项所述的头盔，其中，所述多个丝中第一丝的纵向轴线既不垂直于所述内层，也不垂直于所述外层。

29.如实施例28所述的头盔，其中，所述多个丝中第二丝的纵向轴线不平行于所述第一丝的纵向轴线。

30.如实施例29所述的头盔，其中，所述第一丝的纵向轴线相对于所述内层和所述外层中至少一个的角度与所述第二丝的纵向轴线相对于所述内层和所述外层中至少一个的角度互补。

31.如实施例30所述的头盔，其中，所述第一丝在交叉点处连接至所述第二丝。

32.一种头盔，包括：

内层；

外层，其与所述内层间隔开以限定空间；以及

界面层，其设置在所述内层和所述外层之间的所述空间内，其中，所述界面层包括：

多个第一丝，单个第一丝包括靠近所述内层的第一端和靠近所述外层的第二端；以及

多个第二丝，单个第二丝包括靠近所述内层的第一端和靠近所述外层的第二端；

其中，所述第一丝和所述第二丝能够响应于入射力而发生非线性变形，

其中，所述第一丝的高度大体跨越所述内层和所述外层之间的所述空间，以及

其中，所述第二丝的高度不大体跨越所述内层和所述外层之间的所述空间。

33.如实施例32所述的头盔，其中，所述第二丝的所述第一端附接至所述内层。

34.如实施例32或33所述的头盔，其中，所述第二丝的所述第二端附接至所述外层。

35.如实施例32-34中任意一项所述的头盔，其中，所述第二丝的高宽比小于所述第一丝。

36.如实施例32-35中任意一项所述的头盔，其中，所述第二丝的刚性大于所述第一丝。

37.一种头盔，包括：

内层；

外层，其与所述内层间隔开以限定空间，其中，所述空间包括从以下构成的组中选择的材料：气体、液体、凝胶、泡沫、聚合物材料及其任意组合；以及

界面层，其设置在所述内层和所述外层之间的所述空间内，其中，所述界面层包括多个丝，每个单丝包括靠近所述内层的第一端和靠近所述外层的第二端，

其中，所述丝能够响应于外部入射力而发生非线性变形。

38.如实施例37所述的头盔，其中，所述液体包括剪切稀化液体。

39.如实施例37所述的头盔，其中，所述液体包括剪切稠化液体。

40.如实施例37所述的头盔，其中，所述液体包括剪切稀化凝胶。

41.如实施例37所述的头盔，其中，所述液体包括剪切稠化凝胶。

42.一种制作界面层的方法，所述界面层包括设置在第一表面和第二表面之间的至少一个丝，所述方法包括：

提供第一表面，其包括从所述第一表面突起的多个第一突起元件；

提供第二表面，其包括从所述第二表面突起的多个第二突起元件，所述第二表面与所述第一表面相对设置，从而使至少一个第一突起元件与至少一个第二突起元件对齐；

以高于所述第一表面和所述第二表面玻璃化温度的温度加热所述第一表面和所述第二表面；

使所述至少一个第一突起元件与所述至少一个第二突起元件接触；以及

从所述第二表面撤回所述第一表面，从而提供设置在所述第一表面和所述第二表面之间的至少一个丝。

43.如实施例42所述的方法，其中，所述第一突起元件和所述第二突起元件包括泡沫。

44.如实施例42所述的方法，其中，所述多个第一突起元件和所述多个第二突起元件包括聚合物。

45.如实施例42-44中任意一项所述的方法，其中，所述第一突起元件和所述第二突起元件包括从以下形状构成的组中选择的横截面形状：正方形、矩形、三角形及椭圆形。

46.如实施例42-45中任意一项所述的方法，其中，所述第一突起元件和所述第二突起元件包括正多边形的横截面形状。

47.如实施例42-46中任意一项所述的方法，进一步包括用气体、液体或凝胶填充所述第一表面和所述第二表面之间的空间。

48.一种制作界面层的方法，所述界面层包括设置在第一表面和第二表面之间的至少一个丝，所述方法包括：

提供第一表面；

提供与所述第一表面相对的第二表面；

提供填隙部件，其设置在所述第一表面和所述第二表面之间，包括多个孔；

抵靠所述填隙部件挤压所述第一表面和所述第二表面，从而使部分所述第一表面和/或部分所述第二表面突出至所述多个孔内；

以高于所述第一表面和所述第二表面玻璃化温度的温度加热所述第一表面和所述第二表面；以及

移除所述填隙部件，从而提供设置在所述第一表面和所述第二表面之间的至少一个丝。

49.如实施例48所述的方法，进一步包括从所述第二表面撤回所述第一表面。

50.如实施例48或49所述的方法，其中移除所述填隙部件包括燃烧所述界面层。

51.如实施例48或49所述的方法，其中移除所述填隙部件包括溶解所述界面层。

52.如实施例48-51中任意一项所述的方法，其中，所述丝包括泡沫。

53.如实施例48-52中任意一项所述的方法，其中，所述丝包括聚合物。

54.如实施例48-53中任意一项所述的方法，其中，所述填隙部件中的孔被构造成从以下形状构成的组中选择的形状：正方形、矩形、三角形及椭圆形。

55.如实施例48-54中任意一项所述的方法，其中，所述填隙部件中的孔被构造成正多边形。

56.如实施例48-55中任意一项所述的方法，进一步包括用气体、液体或凝胶填充所述第一表面和所述第二表面之间的所述空间。

57.一种头盔，包括：

内层；

外层，其能够提供所述内层与所述外层之间的空间；

界面层，其设置在所述内层和所述外层之间的所述空间内，所述界面层包括多个丝，每个单丝包括靠近所述内层的第一端和靠近所述外层的第二端；以及

多个传感器，其联接至所述丝的至少一个子集，

其中，所述丝能够响应于外部入射力而发生非线性变形。

58.如实施例57所述的头盔，其中，所述传感器被限定尺寸并且被构造成能够产生表示所述丝的应变或变形的信号。

59.如实施例57-58中任意一项所述的头盔，其中，所述传感器包括线或膜。

60.如实施例57-58中任意一项所述的头盔，其中，所述传感器包括导电聚合物丝。

61.如实施例57-58中任意一项所述的头盔，其中，所述传感器包括多个掺杂颗粒。

62.如实施例57-58中任意一项所述的头盔，其中，所述传感器包括压电传感器。

63.如实施例57-58中任意一项所述的头盔，其中，所述传感器包括：光波导管，其具有第一端和第二端；光源，其入射到所述光波导管的一端上；以及光电探测器，其毗邻所述光波导管的相对端，并且能够接收通过所述光波导管传输的光。

64.如实施例63所述的头盔，其中，所述光波导管包括Bragg衍射光栅。

65.如实施例64所述的头盔，其中，每个所述传感器中的所述Bragg衍射光栅具有唯一周期性。

66.如实施例57-65中任意一项所述的头盔，进一步包括：

计算设备，其逻辑联接至所述传感器；以及

数据存储设备，其能够储存来自所述多个传感器的应变和变形信号。

67.如实施例66所述的头盔，进一步包括：无线通信设备，其能够将所述数据存储设备中储存的数据无线传输至第二计算设备。

68.如实施例66所述的头盔，所述数据存储设备中储存有计算机可读程序指令，当所述计算机可读程序指令被所述计算设备执行时，其导致所述计算设备执行的功能包括：

根据所述传感器生成的所述应变或变形信号确定入射到所述头盔上的力的大小和方向。

69.如实施例68所述的头盔，其中，所述功能进一步包括确定由所述入射力导致的佩戴者头部加速度。

70.如实施例66所述的头盔，进一步包括指示器，其提供指示所述头盔何时受到超过限定阈值的入射力的信号。

总结

以上关于本发明实施方式的详细描述并非意在穷举或将本发明限制为以上所公开的确切形式。虽然以上描述的本发明的具体实施方式和实施例的目的在于说明，但相关领域技术人员将认识到，本发明范围内的各种等同修改是可能的。例如，虽然本文给出了步骤顺序，但可选实施方式中可以按照不同的顺序执行各步骤。也可以将本文描述的各种实施方式相结合，提供进一步的实施方式。可以进行各种修改而不脱离本发明的主旨和范围。例如，所述界面层可以包括包含以上所述任意特征组合的丝。此外，以上所述任意特定实施方式的特征可以与本文描述的任意其它实施方式的特征相结合。

由上可知，应当理解的是，本文所描述的本发明的具体实施方式旨在说明，但熟知的结构和功能未详细示出或描述，以避免不必要的混淆本发明实施方式的描述。若上下文允许，单数或复数形式也可以分别包括复数或单数。

此外，除非明确说明“或”仅限于表示包括两项及以上的条目中除其它项外的单项，否则，在这种条目中使用“或”应理解为包括(a)条目中的任意一项，(b)条目中的所有项，或(c)条目中各项的任意组合。此外，本文中使用的所有“包括”一词均表示至少包括所叙述的特征，因此，不排除任何更多数量的相同特征和/或其它类型的其它特征。同样应当理解的是，本文所描述的具体实施方式旨在说明，但可以做出各种修改而不脱离本发明。此外，虽然与本发明某些实施方式相关的优势是在该实施方式的背景下描述的，其它实施方式也可以表现出这些优势，而且，并非本发明范围内的所有实施方式都必须表现出这些优势。相应地，本发明及其相关技术可以包括本文中未明确示出或描述的其它实施方式。