摘要
头盔衬垫作为头盔系统的重要组成部分，其材料和结构与创伤性脑损伤密切相关，亦是影响其防护性能的关键因素。本文围绕冲击载荷下头盔衬垫材料与结构的应用热点问题展开，详细梳理了头盔衬垫的不同时期发展脉络，从起源到现代结构的演进过程，总结了以EPS泡沫为主的传统结构，以及发展至今的复合泡沫、高分子材料及柔性缓冲材料等前沿技术，重点讨论了头盔衬垫结构设计由简单的蜂窝状进化到复杂的晶格结构、可填充结构以及仿生结构的转变过程。最后，对头盔衬垫材料结构与损伤防护领域的问题与发展趋势进行了展望，为头盔衬垫材料及结构的应用研究提供了明确的研究方向。
Abstract
As an important part of the helmet system, the material and structure of the helmet liner are closely related to traumatic brain injury, and are also key factors affecting its protective performance. This article focuses on the hot issues in the application of helmet liner materials and structure under impact loading, and provides a comprehensive review of the development trajectory of helmet liners throughout different periods, from its origins to the evolution of modern structures. It summarizes traditional structures, mainly based on EPS foam, and highlights the development of composite foams, polymer materials, flexible cushioning materials, and other cutting-edge technologies. The discussion focuses on the structural design of helmet liners, the evolution from simple honeycomb to complex lattice structures, fillable structures, and bionic structures. Finally, this paper provides insights into the issues trends in the field of helmet liner material structures and their protective capabilities, offering a clear research direction for the application of helmet liner materials and structures.
Keywords
当前，中国城市正经历着人口增长、城市化进程加速、商业和工业中心向外扩展以及汽车拥有率快速上升等趋势。与此同时，城市交通拥堵问题已扩大至大城市之外，成为社会各界普遍关注的热点。在这种背景下，骑行作为一种环保、经济、有益健康且有助于缓解交通拥堵的交通方式，已逐渐成为人们出行的首选。例如，在2006~2012年，昆明市的电动自行车已成功地取代了城市中的许多小汽车[1]。据统计，我国目前骑行交通工具的占比已由几年前的5%上升至超过10%，且仍在持续增长，预计未来仍将继续增长[2]。然而，根据国家统计局发布的2019~2022年全国道路交通事故统计数据[3]，自行车、摩托车事故发生总数从2019年的19.3%增长到2022年的20.2%，逐年递增的趋势引发了人们对自行车和摩托车安全的担忧，骑行者的交通安全问题已成为社会关注的重要议题。全球每年都有数以万计的汽车碰撞事故发生，这些事故不仅夺走了众多两轮车骑行者的生命，造成了巨大的经济损失，也对受害者家庭产生了不可弥补的影响[4]。在汽车-两轮车碰撞中，头部损伤是造成骑行者重伤甚至死亡的主要损伤类型[5-7]。研究表明[8-10]，在交通事故中，骑行者佩戴头盔能够有效地降低头部损伤。根据河南省35家医院对15 345例创伤性脑损伤（Traumatic Brain Injury，TBI）住院患者临床特征分析研究[11]，骑乘电动自行车受伤占比为25.5%（2 481/9 731），已成为交通事故致伤的主要原因之一。此外，据报道，大约有55%的骑车死亡者是由于头部损伤[12]。对于骑行者，头盔是骑行者预防TBI等伤害的唯一防护装备[13-16]。江苏省率先在全国范围内正式实施了《江苏省电动自行车管理条例》[17]。这一举措为电动自行车管理树立了典范。随后几年间，受此影响，各省市也纷纷效仿，相继出台了类似的电动自行车管理规定[18-21]。文献[22]的报道显示，强制佩戴头盔法规的实施显著降低了电动自行车事故的死亡率，与历史同期相比，死亡人数降低了2.21%。
生活中常见的防护头盔主要由4个部件构成，即外壳部件、调节装置、硬衬部件和软衬部件[23]，其中硬衬部件和软衬部件统称为衬垫。衬垫是利用粘弹性压缩缓冲头部受到的加速度，进而吸收能量[24]，减少骑行者头部损伤的风险[25]。目前常用的衬垫材料主要由合成细胞材料，如发泡聚苯乙烯（Expanded Polystyrene，EPS）和发泡聚丙烯（Expanded Polypropylene，EPP）制成，通常需要调整衬垫材料的密度以获得最佳的能量吸收效果[26]。
近年来，国内外学者针对头盔内多种先进材料及创新结构在头盔中的防护性能、散热性能和缓冲减震性能等方面的应用开展了大量的研究工作。在当前的创新研究中，针对头盔的轻量化和高效散热需求，研究人员提出了融合多种泡沫材料、天然植物纤维和创新纺织材料的综合设计策略，旨在显著提升头盔性能。在仿生结构设计领域，虽然已有模型能够显著提高防护性能，但质量的增加可能会影响佩戴者的舒适度。因此，将轻质化设计理念融入仿生结构至关重要，例如采用薄壁结构、细胞状结构和辅助支撑结构等，以优化仿生结构在头盔衬垫中的应用。这不仅能够减轻佩戴者的负担，还可确保防护性能不受影响。随着新型头盔设计的不断涌现，公众对于头盔质量的关注度也在同步增加。欧洲ECE R22.05标准是一项针对摩托车和自行车头盔的安全规范，旨在确保头盔在设计和制造过程中能够满足一系列严格的要求，从而提供最佳的头部保护。根据欧洲ECE R22.05标准的规定，在任何情况下，最大头部加速度都必须严格控制在300g以下；在头部加速度超过150g时[27]，其持续时间不得超过15 ms。然而，这一被广泛采纳的标准仍存在一些不足之处。特别是，测试标准仅考虑头部的线性运动，而未考虑旋转加速度，而头部损伤中，旋转加速度在破坏性颅内损伤方面具有更为重要的影响。因此，为了进一步提升头盔的性能，并更好地规范市场，在所有经过认证的头盔测试标准中，应通过立法规定强制考虑减轻旋转头部加速度的影响。
本文详细回顾了现有头盔衬垫材料、结构和仿生结构的最新设计及其防护性能，重点探讨了仿生结构和材料在防护头盔吸能过程中的应用。从创新性、实用性和可行性3个方面对目前该领域面临的挑战、局限性及未来发展趋势进行探讨。
1 头盔衬垫的发展概况
一直以来，头盔被广泛应用于保护人类头部免受武器攻击以及其他各种形式的穿透[28]。同时，头盔衬垫是一种位于头盔内部的软性垫层，在古代，战士们通常会选择诸如皮革、织物、草等柔软材质作为衬垫，以提升佩戴的舒适性。古代的战斗头盔通常是由坚硬的皮革、青铜或铁制成，如古希腊青铜头盔（图1），此类青铜头盔虽能够抵御来自刀剑、箭矢等攻击的直接冲击，但由于青铜材料吸能性能不佳、质量过大等缺点，人们不得不对头盔的外壳与衬垫材料进行改进。进入中世纪，战争技术的进步推动了头盔设计的复杂化，头盔衬垫所用的材料也得到了一定的改进，如使用较厚的织物、填充物或棉花等，既能提供更好的保护性能、减轻头部所受到的压力，又能提升佩戴的舒适性。随着冶金工艺的进步，头盔的材质也逐步由青铜等金属制品向钢铁和高性能合金转变。20世纪40年代，军用和民用头盔通常由坚硬的钢制外壳、塑料和棉花纤维衬垫组成。二战期间，美国军队在欧洲和太平洋战区均采用M1钢盔（图2）[29]，其垫圈为高弹性能的橡胶材料制成，且整个头盔相对轻便，佩戴者可以更灵活地移动，减轻了头部和颈部的负担，提高了士兵作战的生存能力与机动性。随着战争形式、作战环境的改变和新材料的开发，美军设计出先进战斗头盔（Advanced Combat Helmets，ACH）。ACH的内壁均匀排列一系列离散泡沫垫[30]，可有效提升头盔的能量吸收性能，降低受到的外部撞击力，提升头盔整体防护水平。图3中详细展示了ACH的几何模型以及所有部件。
随着时代的演进，头盔的衬垫材质已由传统的皮革、织物等柔软材料转变为现代的泡沫、橡胶等新型材料，这一转变不仅显著提升了头盔的吸能性、舒适性及灵活性，而且极大地增强了其防护性能，降低了头部遭受致命伤害的风险。
图1古希腊青铜头盔
Fig.1Ancient Greek bronze helmet
2 头盔衬垫的主要材料
2.1 头部防护性能
在交通事故中，头部撞击可能导致两种类型的脑损伤，根据其临床症状，可分为局灶性脑损伤和弥漫性脑损伤[31]。局灶性脑损伤是由头部受线性加速度影响所致，而弥漫性脑损伤则主要与旋转加速度相关。因此，采取有效措施以降低头部所受的线性加速度和旋转加速度至关重要。
Mosleh等[32]设计了一种各向异性EPS复合泡沫衬垫以减轻头部的旋转加速度，从而降低脑外伤的风险。该研究表明，EPS复合泡沫衬垫在防护头盔等应用中具有巨大的应用潜力。Vanden Bosche等[33]将各向异性聚醚砜（Polyethersulfone，PES）泡沫（图4）应用于自行车头盔衬垫中，并进行了实验研究，结果表明，与EPS泡沫头盔相比，PES泡沫头盔的峰值旋转加速度降低了约40%，因此PES泡沫衬垫具有替代EPS泡沫衬垫的潜力。Ramirez等[34]成功制备了密度为98、170和230 kg/m3的粘弹性聚脲（Polyurethane，PU）泡沫，并将其集成到头盔衬垫中进行FMVSS摩托车头盔测试，结果表明，在现有EPS泡沫衬垫顶部使用额外的PU泡沫衬垫层，可以显著降低头盔的峰值加速度，降幅高达17%。在马术头盔的研究方面，Rueda等[35]和Cui等[36]深入剖析了降低撞击时加速度的主要关键因素，包括接触区域的大小、衬垫内部沿厚度方向的应力分布以及耗散塑性能量密度（Dissipative Plastic Energy Density，DPED）。在此基础之上，他们提出了采用功能梯度泡沫（Functional Gradient Foam，FGF）作为衬垫材料的创新设计理念，有望替代传统的单一泡沫层设计，从而实现峰值线性加速度的显著降低。其设计理念是通过在衬垫中创建一个渐变的材料属性分布，从而优化能量吸收和分散效果。为同时实现降低旋转加速度和线性加速度的目标，Maheswaran等[37]对独立式垂直取向的碳纳米管泡沫（Vertically Aligned Carbon Nanotubes，VAVNT）在多种初始预压缩状态下的静态压缩和剪切应力响应进行了研究，研究发现，VAVNT材料在承受较大的压缩剪切应力时，能够以较低的剪切应力水平实现较高的剪切应变，表明VAVNT泡沫可以通过吸收法向冲击来有效地降低线性加速度和旋转加速度。
Fig.4SEM micrographs of cross section of PES foam[33]: (a) vertical to the ascending direction of the foam; (b) parallel to the ascending direction of the foam
Shuaeib等[38]指出，EPP泡沫普遍用于摩托车头盔衬垫，是因其具有较高的冲击防护性能和良好的通风性能。然而，由于材料本身的特点，EPP泡沫在提供头部防护性能方面仍存在不足。Bailly等[39]对3种VN泡沫进行了准静态压缩和剪切实验，结果表明，乙烯基腈泡沫衬垫在减少头部旋转加速度方面的表现优于EPP泡沫衬垫。Chang等[40]分析了乙烯-醋酸乙烯共聚物（Ethylene-Vinyl Acetate Copolymer，EVA）泡沫在不同密度下充当头盔衬垫对头部防护性能的影响，并对5.56 mm步枪子弹冲击防弹头盔保护颅骨的动态响应进行了实验研究。结果表明，在EVA衬垫的保护下，颅骨前部的加速度降低了600倍。在30 kg/m3密度条件下，EVA泡沫的防护效果优于EPP泡沫，颅骨前部的峰值加速度降低了36%。因此，探寻新型吸能材料以及对现有衬垫材料进行改性处理以提高其防护性能，是当前主要的研究趋势[41]。
2.2 缓冲减震性能
头盔衬垫是确保头盔整体减震效果和舒适度的重要组成部件。Wu等[42-43]将聚乙烯泡沫（Polythene，PE）衬垫应用于工业头盔和建筑头盔中，研究结果表明，在较大的冲击压力下，采用PE泡沫衬垫的头盔能够显著提升其减震性能。一方面，衬垫材料对于缓冲减震具有重要影响。许多研究[32，44-46]已经证实，选择适当的材料密度或厚度可以显著提升能量吸收性能。另一方面，软木作为一种天然多孔、不可再生的材料，具有极高的耐撞性，并且由于其粘弹性行为，在压缩后具有良好的恢复能力，这是在多重冲击应用中理想的特性[47]。Buil等[48]已成功地采用软木及其衍生物来替代传统的EPS衬垫。为了解决软木材料的不可再生问题，Fernandes等[47]进行了深入的研究，试图寻找可以代替软木的改性材料。最终发现，团聚软木衬垫是一种理想的改性软木衬垫材料，图5为团聚软木应用于喷气头盔的示意图。其中，黑色软木具有优异的热稳定性，而团聚软木则表现出强大的能量吸收能力。Kaczyński等[49]的研究发现，将两种不同的软木材料（团聚和黑色）组合起来，可以形成一种具有良好缓冲性能的软木复合夹层结构。
2.3 散热性能
在近几年的研究中，人们发现头盔的散热效果直接影响佩戴者的舒适度。Sinnappoo等[50]研发了一种新型摩托车头盔，其在头盔衬垫与头皮层之间加入了一层由石蜡等相变材料（Paraffin Phase Change Material，PCM）构成的织物层，以调节头盔内部温度。研究表明，采用PCM材料作为纺织衬垫可使头盔内部温度降低3.8℃，PCM材料吸收了17.8 W的热量，足以降低头盔内的热应力，这表明纺织类材料在头盔散热方面具有良好的效果。Bhinder等[51]将碳纳米管（Carbon Nanotube，CNT）纳米填料加入至PU泡沫中，并通过实验比较其散热性能。实验结果表明，在-5℃的低温环境下采用含量为1.6 wt.%的CNT增强的PU泡沫和EPS泡沫分别进行落锤冲击实验，前者每单位体积吸收的能量比EPS高97%，导热系数高34%，这意味着与EPS相比，其能够提供更好的散热性能。Kim等[52]设计了一种组合结构，该结构将泡沫与植绒吸能材料（Flocking Energy Absorbing Material，FEAM）层元件相结合，具体构造如图6所示。经验证，该组合成功融合了泡沫材料的轻质优点与FEAM出色的冲击力吸收特性、透气性、舒适性、排汗以及热量管理等特性。
众多研究主要关注材料的散热性能，但对主动冷却方法的研究相对较少。为此，Jain等[53]提出了一种基于复合热衬垫的被动冷却机制，并制备了一种由均匀分布的氧化石墨烯纳米片和二十烷组成的多功能复合衬垫。研究结果表明，由于复合材料之间的相互作用，0.3 g的二十烷能够吸收约2.75 J的热量。随着头盔衬垫厚度的增大和二十烷含量的增加，吸收的热量也会相应增加。这种衬垫展现出优秀的热管理特性，因此可用于开发轻质散热型头盔。
3 头盔衬垫的主要结构
3.1 蜂窝结构
近年来，研究的主要方向聚焦于头盔衬垫结构的创新性探索，其中，蜂窝结构以其独特的受力结构，即由众多六边形或类似六边形的小单元组成，受到了广泛的关注和研究。Kholoosi等[54]提出了一种分级蜂窝结构，该蜂窝结构主要由5.9 mm厚的EPP泡沫制成，并在其上覆盖一层ABS塑料层（由丙烯腈、丁二烯、苯乙烯3种单体的三元共聚物制成），以增强其防护性能。研究表明，与EPS泡沫相比，蜂窝结构能够更长时间地吸收能量，并以更低的加速度将冲击力传递给头盔佩戴者。为探究两者相结合所形成的效果，Bhudolia等[55]提出了一种采用集成制造方法制造混合EPS/蜂窝结构泡沫的新技术。通过这种方式，能够进一步增强能量耗散性能，从而提高头部防护的安全性。在对路缘石砧冲击测试中，集成EPS蜂窝混合衬垫展示出比原始EPS泡沫高出20%的能量吸收能力，这是因为额外的能量被相关的泡沫致密化和蜂窝的弹性屈曲特征所吸收。因此，集成制造方法正逐渐成为研究人员主要设计理念。Li等[56]的研究主要针对蜂窝结构的几何形状和头盔衬里泡沫密度进行优化，以提升头盔的防护性能，并与无蜂窝衬垫头盔进行跌落实验对比。结果表明，与无蜂窝衬垫头盔相比，最佳优化设计的蜂窝衬垫头盔的峰值加速度、HIC、颅内压和von Mises分别降低了36.3%、53.8%、35.8%和46.1%。除蜂窝结构外，还有Teng等[57]研究的锥形结构、Ingrole[58]发现的新的拉胀支柱结构及Tobola等[59]研究的球形结构，均具有很好的研究前景。
近年来，负泊松比蜂窝因其独特的力学性能得到研究者的广泛研究。Li等[60]在传统星形蜂窝的基础上，通过将蜂窝的水平壁和垂直壁演变为交叉斜壁，设计了一种交叉星形蜂窝。压缩实验结果表明，交叉星形蜂窝的性能优于传统星形蜂窝，其比能量吸收（Specific Energy Absorption，SEA）比传统星形蜂窝高245%。Zhu等[61]提出了一种新型椭圆环形凹凸蜂窝，通过将椭圆环形结构引入到传统的凹凸蜂窝单元中，其可以提供额外的纵向支撑而不妨碍横向变形。Zhu等[61]通过准静态压缩实验研究了椭圆环形凹凸蜂窝的泊松比和能量吸收特性，结果表明，与相同壁厚的传统凹凸蜂窝相比，椭圆环形凹凸蜂窝不仅具有更强的辅助效应，泊松比降低了5.19%，而且平台应力和SEA也分别提高了171.63%和28.03%，显著提高了传统凹凸蜂窝的刚度和能量吸收率。Yu等[62]的研究聚焦于利用碳/环氧预浸料制造辅助再入式蜂窝夹层结构，并深入探讨了这些结构在准静态压缩条件下的抗压性能及破坏行为。他们制造并测试了3种具有不同梯度配置的辅助再入式蜂窝结构：平均蜂窝、单向蜂窝和双向蜂窝。通过压缩实验，发现平均蜂窝结构展现出了最优的能量吸收性能，而双向蜂窝结构则在负泊松比特性上表现最佳。鉴于负泊松比蜂窝结构在能量吸收方面的优势，未来的研究可以聚焦于如何提升其在承受冲击载荷时的性能，以及探索其在航空航天、汽车制造、防护装备等关键领域的应用潜力。
3.2 晶格结构
晶格结构是一种常见的头盔衬垫设计，其主要特征为由交织在一起的线条或网格构成，类似于晶体的排列结构。该结构具备出色的稳定性和支撑力，能够有效维持头盔的形状和结构，防止因外部压力导致的过度变形或破损，从而有效地保护佩戴者的头部。在此前的一项研究中，Khosroshahi等[63]评估了作为头盔衬垫结构的晶格衬垫的拓扑结构，以确认晶格结构是否适用于头盔衬垫。研究结果表明，在预防创伤性脑损伤（Traumatic Brain Injury，TBI）方面，棱柱晶格的表现优于头盔中常见的四面体晶格和EPS泡沫。在此基础上，Khosroshahi等[64]对头盔使用分层晶格衬垫（图7）的可行性进行了研究，结果表明，与采用EPS衬垫的头盔相比，在直接撞击情况下，分层晶格结构可将头部的峰值线性加速度降低44%~66%，使用分层晶格结构衬垫的头盔有可能被视为新一代的头盔吸能衬垫。
另外，得益于增材制造技术的日益高效和成熟，传统制造的结构有望逐渐被具有特定应用特性的3D打印技术所替代。例如，Clough等[65]在其研究过程中采用增材制造技术制造了基于晶格冲击衰减器的蜂窝结构，经过多次撞击实验，发现此结构能够有效降低头部加速度。
3.3 可填充结构
在讨论头盔衬垫结构时，常常会提及锥形、蜂窝和晶格等结构。然而，Goel[66]提出了一种创新性的头盔衬垫设计理念，即将固体或填充流体的材料引入衬垫的通道中。在跌落实验中，采用剪切增稠流体的夹层结构可以在多次冲击后持续减少约25%~30%的峰值加速度。因此，La 等[67]提出了一种创新性的头盔衬垫设计方案，该方案将基于硼化有机硅的剪切增稠流体填充到衬垫的冲击能量消散垫的腔室内。研究表明，与无衬垫头盔相比，带衬垫头盔的脑损伤标准降低了14%，其数值远低于标准规定的阈值，这种衬垫在冲击能量衰减方面表现出最佳效果。
4 仿生结构
直到2000年前后，仿生结构作为一项新兴技术，尚未在广泛领域内得到应用，特别是在能量吸收结构方面的应用尤为有限。此外，由于仿生结构的制造工艺相对复杂，这也进一步限制了其在实际应用中的推广。然而，通过从自然界的生物结构中汲取灵感，并结合先进制造技术的不断发展，科研人员成功地设计并制造出了大量的仿生结构，这些结构在能量吸收方面展现出了显著的有效性。因此，在过去的数年间，仿生结构的研究与发展取得了显著的进展。San等[68]总结了大量最新的生物能量吸收结构，并根据其形状、应用将该结构分成了许多类别。总的来说，仿生方法在各种工程领域的能量吸收方面显示出了良好的前景。
为了提高头盔的防护性能，相关衬垫材料和结构可以从广泛的生物中汲取灵感，例如澳洲坚果、柚子和马蹄等[69-72]。Wang等[73]从牛蹄壁的层状结构中获得了灵感，发现该结构具有高效的裂纹扩展能量吸收能力，并提出了将这种新型仿生结构应用于摩托车头盔和运动员防护装备的设想。而Leng等[74]则是以马尾和人体脊柱为设计灵感，开发了一款新型仿生头盔。实验结果显示，最佳的仿生马尾结构（图8）能够有效降低由线性加速度和旋转加速度引起的动能，展示了该结构作为头盔衬垫的应用潜力，并引发了人们对植物茎秆和动物骨骼组合形成的新型仿生结构的深入研究。Chen等[75]设计了一种仿生刺猬头盔（图9），其内侧设计为半球状的负泊松比网格衬垫，研究表明，该头盔相比于无衬垫或其他设计的头盔表现出更为优异的防护性能。该研究成果进一步拓宽了拉胀材料的应用领域，并为设计能够更有效减轻TBI伤害的头盔衬垫提供了理论依据。
参考榴莲壳的金字塔形刺状结构，Teng等[57，76]设计并制备了一种半球形金字塔形头盔衬垫，该衬垫由ABS树脂制成。当头盔顶部受到平板上自由落体的冲击时，其能量吸收率比填充EPS泡沫的头盔提高了13%。Yang等[77]设计并制备了一种双向波纹夹层结构，其灵感来自螳螂虾颌足的双向波纹特性。这种结构减少了单轴平面外压缩实验中的应力集中，其能量吸收比传统的三角形波纹夹层结构高118%。Liu等[78]将榴莲壳的金字塔脊柱构造和螳螂虾颌足的双向波纹构造融入头盔衬垫，设计并制造了一种双向交错矩形截顶锥衬垫。为了研究具有不同结构的衬垫在冲击压缩过程中的动力学行为，他们采用有限元模拟的方法，对具有不同金字塔单元配置的衬垫进行了冲击实验。结果表明，双向单元设计和减小金字塔单元外壁的倾斜角均能够增强头盔的吸能能力，双向交错矩形视锥体头盔的比能量吸收最高，分别是蜂窝头盔和梯度晶格头盔的1.3倍和2.7倍。通过结合外壳结构以及多种动物骨骼结构的特征，有望开发出更加优异的仿生结构衬垫。
在柔性材料领域，具备缓冲性能的柔性材料为降低峰值冲击力提供了最为有效的解决方案，由此引发了人们对研发新型缓冲材料的浓厚兴趣。Zhuang等[79]提出了一种集成仿生策略，并在此基础上研发了一种具备卓越缓冲性能的仿生结构复合材料。他们将乌贼骨S形结构、蜘蛛网结构以及柚子皮多孔结构相融合，进而形成了一种具有S形蜘蛛网结构的多孔材料的复合柔性材料（图10）。研究结果表明，集成仿生材料S-spider网泡沫具有优异的能量储存和耗散能力以及缓冲性能。该研究成果深化了人们对柔性缓冲材料的理解，为研发高性能柔性缓冲材料提供了新的策略和启示。
5 总结与展望
1）增材制造技术在制备高性能头盔衬垫原型方面的可行性有待进一步研究。现有的头盔测试标准缺乏对头部旋转加速度响应的评估，需要结合增材制造技术进行真实碰撞实验，以完善头盔测试标准。
2）头盔的佩戴舒适度主要受到本体质量以及散热性能的影响，需在二者之间寻找平衡。采用多泡沫轻量化技术、植物纤维及创新织物等方式来提升头盔的透气性，能够有效地解决头盔在散热性能与本体质量之间存在的平衡性问题。未来，复合材料领域将成为科研探索的热门方向，蕴含着极为广阔的研究潜力和发展前景。
3）仿生结构的能量吸收性能不及多层次晶格复合结构，需要投入更多的研究以探索创新设计思路，如研究植物茎秆结构和动物骨骼结构的复合结构，采用集成仿生策略制备不同的特定结构、复合结构等。
4）通过建立头部-头盔的耦合有限元模型，分析不同冲击载荷下颅脑组织应力波的传播特性及损伤演化规律。建立颅脑组织损伤评估模型，为头盔衬垫材料和结构设计提供重要的理论依据。
