DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-026-47358-0
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/41936693
تاريخ النشر: 2026-04-05
المؤلف: Melissa Sutter وآخرون
الموضوع الرئيسي: الصحة المهنية والأداء
نظرة عامة
تستكشف الدراسة القدرات الوقائية للدروع الشخصية المصممة للمقاتلين الذكور والإناث، مع تسليط الضوء على قصور الدروع المصممة أساسًا لتناسب التشريح الذكوري. تحدد الدراسة مشكلات كبيرة في الملاءمة في مناطق حيوية مثل الخصر، والإبط، والصدر، وعظمة الترقوة، مما يؤدي إلى تقليل التغطية وزيادة الانزعاج للمستخدمات الإناث. على الرغم من التوثيق السابق لهذه المشكلات، تؤكد الأبحاث على نقص الفهم بشأن تأثيرها على فعالية الدروع ضد تهديدات الصدمات.
باستخدام دمى مزودة بأجهزة استشعار تعرضت لانفجارات في مجال مفتوح، قامت الدراسة بتقييم التعرض للضغط تحت زوايا مختلفة من موجات الصدمة. تكشف النتائج أن التعرض المباشر يمثل أكبر خطر، حيث كانت قيم الاندفاع المتوسطة أعلى بنسبة تتراوح بين 9.7% و72.6% مقارنة بالزوايا الأخرى، وبلغت الضغوط القصوى 111.0 كيلو باسكال للذكور و107.9 كيلو باسكال للإناث. ومن الجدير بالذكر أن الدراسة وجدت أن شكل جسم الأنثى زاد من مشكلات ملاءمة الدروع، مما أدى إلى زيادة الاندفاع بنسبة تصل إلى 78.6% مقارنة بالسيناريوهات بدون دروع، وهو ظاهرة لم تُلاحظ في المقاتلين الذكور. تؤكد هذه الأبحاث على الحاجة إلى تصاميم دروع تأخذ في الاعتبار التشريح الأنثوي لتعزيز القدرات الوقائية بشكل فعال.
مقدمة
تسلط المقدمة الضوء على قصور الدروع الشخصية المصممة أساسًا للمستخدمين الذكور، مما أدى إلى مشكلات كبيرة في الملاءمة للمقاتلات الإناث. مع حدوث تغييرات ديموغرافية في القوات المسلحة، اضطرت العديد من النساء إلى ارتداء دروع غير محددة الجنس لا تأخذ في الاعتبار اختلافاتهن التشريحية الفريدة، مما أدى إلى مشاكل مثل الملاءمة الكبيرة والانزعاج، خاصة في مناطق الخصر، والإبط، والصدر. يمكن أن تؤثر هذه المشكلات في الملاءمة على السلامة والوظائف، حيث قد تؤدي إلى تحرك الدروع أثناء الحركة، وتقليل التغطية ضد التهديدات الباليستية، وإصابات محتملة خلف الدروع بسبب الفجوات الهوائية التي يمكن أن تحبس موجات الصدمة.
يؤكد النص على نقص الأبحاث الشاملة حول تأثيرات الفجوات الهوائية في الدروع غير الملائمة، والاختلافات في الحماية بناءً على الجنس. يقترح أن قياس هذه التأثيرات أمر ضروري ويمكن تحقيقه من خلال منهجيات مثل اختبار أنبوب الصدمة واستخدام أجهزة استشعار بيزوكهربائية. أشارت الدراسات السابقة إلى أن الضغوط القصوى المنخفضة وأوقات الارتفاع الأطول يمكن أن تقلل من مخاطر الإصابة، ومع ذلك، لا يزال التأثير المحدد لتوجه الدروع والفجوات الهوائية غير مستكشف بشكل كافٍ. بشكل عام، تؤكد المقدمة على الحاجة الملحة لحلول دروع شخصية مصممة خصيصًا لتعزيز السلامة والأداء للمقاتلات الإناث في حالات القتال.
الطرق
في هذه الدراسة، تم استخدام منهجية تجريبية لتقييم الفروق في التعرض للصدمات بين المقاتلين الذكور والإناث الذين يرتدون دروعًا غير محددة الجنس متاحة تجاريًا. شمل التجربة ثلاثين اختبار انفجار في مجال مفتوح، حيث تعرضت دمى ذكور وإناث مزودة بأجهزة استشعار لضغوط مختلفة بالنسبة للانفجار. تم إجراء كل اختبار في وقت واحد على كلا الدميتين، مع ثلاث تكرارات لكل اتجاه. تم تصميم التجارب لتقييم فعالية الحماية للدروع، حيث أشارت الدراسات السابقة على الحيوانات إلى أنه بينما قد تخفف الدروع من الأحمال الصدمية الأولية، إلا أنها لا تحمي بشكل فعال من الإصابات الناتجة عن الانفجارات الأولية الناتجة عن موجات الضغط المتكررة.
تضمنت الإعدادات التجريبية دميتين موضعتين على بعد مترين من الشحنة المتفجرة، مع استخدام مراكزها الهندسية كنقاط مرجعية. تم استخدام حامل تحكم مزود بمسبار قلم 137B23B لقياس الضغوط الجانبية، مما يضمن تكرارية دقيقة لتقييم التعرض. كانت الضغوط الثابتة المسجلة من مسبار القلم 100.2 ± 4.2 كيلو باسكال، دون تحديد أي قيم شاذة. تم تسهيل جمع البيانات بواسطة نظام جمع بيانات Synergy P Hi Techniques، بينما تم التقاط تفاعلات الصدمات والانعكاسات باستخدام كاميرا Phantom V2012 عالية السرعة تعمل بسرعة 62,000 إطار في الثانية. تم تطبيق تقنيات التصوير الخلفي (BOS) لتعزيز تحليل ديناميات موجات الصدمة. تم إجراء الاختبارات على مدى ثلاثة أيام، مع الحفاظ على درجات حرارة محيطة بين 22 و25 درجة مئوية، وأشارت التحليلات الإحصائية الأولية للبيانات الضابطة إلى نتائج هامة.
النتائج
ركزت نتائج التحليل على تأثير الدروع على موجات الضغط الزمنية، باستخدام كل من الدمى الذكورية والأنثوية للتقييم المقارن. درست الدراسة كيف أثرت وجود الدروع على توزيع الضغط عبر ظروف مختلفة، مع الأخذ في الاعتبار عوامل مثل الجنس، والاتجاه، وموقع أجهزة الاستشعار.
تشير النتائج إلى وجود اختلافات ملحوظة في أنماط توزيع الضغط بين الدمى الذكورية والأنثوية، مما يوحي بأن الجنس قد يلعب دورًا كبيرًا في كيفية تأثير الدروع على استجابات الضغط الزمنية. بالإضافة إلى ذلك، تسلط التحليلات الضوء على أهمية وضع أجهزة الاستشعار والعوامل الاتجاهية في فهم الديناميات العامة للضغط التي يتم تجربتها تحت الدروع.
المناقشة
في هذه الدراسة، تم التحقيق في تأثيرات التعرض لموجات الصدمة على المقاتلين الذكور والإناث باستخدام دمى مزودة بأجهزة استشعار تعرضت لانفجارات في مجال مفتوح. كانت الأبحاث تهدف إلى تقييم الفروق المستندة إلى الجنس في توزيع الطاقة والإصابات المحتملة الناتجة عن الانفجارات الأولية، باستخدام دمى مصممة لتمثيل أشكال الجسم الذكورية والأنثوية. تضمنت الإعدادات التجريبية تغيير اتجاه الدمى بالنسبة لشحنة C4، مع أخذ قياسات في مواقع متعددة لأجهزة الاستشعار لتقييم استجابات الضغط والاندفاع. أشارت النتائج إلى أن المقاتلين الذكور عانوا عمومًا من ضغوط واندفاعات قصوى أعلى، خاصة في الاتجاهات المباشرة، بينما أظهرت المقاتلات الإناث فترات تعرض مطولة بسبب الفجوات الهوائية الأكبر بين دروعهن وجذعهن.
سلطت النتائج الضوء على اختلافات كبيرة في توزيع الضغط، حيث أظهرت الدمى الأنثوية اندفاعات أعلى في منطقة تحت الصدر، مما يُعزى إلى ملاءمة الدروع والاختلافات التشريحية بين الجنسين. كما كشفت الدراسة أنه بينما قللت الدروع من الضغوط القصوى، إلا أنها زادت من أوقات الارتفاع، مما قد يؤدي إلى وجود ضغوط قصوى متعددة لا تزال تسبب الإصابة. كانت التأثيرات المستندة إلى الاتجاه واضحة، حيث أدت الاتجاهات بزاوية 0 درجة إلى أعلى الضغوط والاندفاعات، مما يبرز زيادة خطر الإصابة من التعرض المباشر لموجات الصدمة. بشكل عام، تؤكد الأبحاث على الحاجة إلى تحسين تصاميم الدروع التي تأخذ في الاعتبار الاختلافات التشريحية لتعزيز الحماية للمقاتلات الإناث.
DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-026-47358-0
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/41936693
Publication Date: 2026-04-05
Author(s): Melissa Sutter et al.
Primary Topic: Occupational Health and Performance
Overview
The study investigates the protective capabilities of personal armor designed for male and female warfighters, highlighting the inadequacies of armor tailored primarily for male anatomy. It identifies significant issues with fit in critical areas such as the waist, armpit, bust, and collarbone, which lead to reduced coverage and increased discomfort for female users. Despite previous documentation of these fit issues, the research emphasizes a lack of understanding regarding their impact on armor effectiveness against shock threats.
Using instrumented manikins subjected to free-field blasts, the study assessed pressure exposure under various orientations of shock waves. The findings reveal that head-on exposure poses the greatest risk, with average impulse values 9.7% to 72.6% higher than other angles, and peak pressures reaching 111.0 kPa for males and 107.9 kPa for females. Notably, the study found that the female body shape exacerbated armor fit issues, leading to impulse increases of up to 78.6% compared to scenarios without armor, a phenomenon not observed in male warfighters. This research underscores the need for armor designs that accommodate female anatomy to enhance protective capabilities effectively.
Introduction
The introduction highlights the inadequacies of personal body armor designed primarily for male users, which has led to significant fit issues for female warfighters. As demographic shifts in armed forces have occurred, many women are forced to wear unisex armor that does not account for their unique anatomical differences, resulting in reported problems such as oversized fits and discomfort, particularly in the waist, armpit, and bust areas. These fit issues can compromise safety and functionality, as they may lead to armor shifting during movement, reduced coverage against ballistic threats, and potential behind-armor injuries due to air gaps that can trap shock waves.
The text emphasizes the lack of comprehensive research on the effects of air gaps in non-form-fitting armor and the differences in protection based on sex. It suggests that quantifying these effects is essential and can be achieved through methodologies such as shock tube testing and the use of piezoelectric sensors. Previous studies have indicated that lower peak pressures and longer rise times can reduce injury risks, yet the specific impact of armor orientation and air gaps remains underexplored. Overall, the introduction underscores the urgent need for tailored body armor solutions that enhance the safety and performance of female warfighters in combat situations.
Methods
In this study, an experimental methodology was utilized to quantitatively assess the differences in shock exposure between male and female warfighters wearing commercially available unisex Small Arms Protective Insert (SAPI) armor. The experiment involved thirty free-field blast tests, where instrumented male and female manikins were subjected to varying pressure orientations relative to the blast. Each test was conducted simultaneously on both manikins, with three repetitions for each orientation. The experiments were designed to evaluate the protective efficacy of body armor, as previous animal studies indicated that while armor may mitigate initial shock loads, it does not effectively shield against primary blast injuries caused by reverberating pressure waves.
The experimental setup featured two manikins positioned 2 meters from the explosive charge, with their geometric centers serving as reference points. A control stand equipped with a 137B23B pencil probe was employed to measure side-on pressures, ensuring repeatability and accurate exposure assessment. The recorded static pressure from the pencil probe was 100.2 ± 4.2 kPa, with no outliers identified. Data acquisition was facilitated by a Synergy P Hi Techniques Data Acquisition System, while shock interactions and reflections were captured using a monochrome Phantom V2012 high-speed camera operating at 62,000 frames per second. Background-oriented schlieren (BOS) visualization techniques were applied to enhance the analysis of shock wave dynamics. The tests were conducted over three days, maintaining ambient temperatures between 22 and 25°C, and preliminary statistical analysis of the control data indicated significant findings.
Results
The results of the analysis focused on the impact of armor on time-pressure waveforms, utilizing both male and female manikins for comparative assessment. The study examined how the presence of armor influenced the distribution of pressure across various conditions, specifically considering factors such as sex, directionality, and the location of pressure sensors.
Findings indicate notable differences in pressure distribution patterns between the male and female manikins, suggesting that sex may play a significant role in how armor affects time-pressure responses. Additionally, the analysis highlights the importance of sensor placement and directional factors in understanding the overall pressure dynamics experienced under armor.
Discussion
In this study, the effects of shock wave exposure on male and female warfighters were investigated using instrumented manikins subjected to free field blasts. The research aimed to assess sex-based differences in energy distribution and potential primary blast injuries, utilizing manikins designed to represent male and female body shapes. The experimental setup involved varying the orientation of the manikins relative to a Composition C4 charge, with measurements taken at multiple sensor locations to evaluate pressure and impulse responses. Results indicated that male warfighters generally experienced higher peak pressures and impulses, particularly at head-on orientations, while female warfighters exhibited prolonged exposure durations due to larger air gaps between their armor and torso.
The findings highlighted significant differences in pressure distribution, with the female manikin showing higher impulses in the underbust area, attributed to the armor’s fit and the anatomical differences between sexes. The study also revealed that while armor reduced peak pressures, it increased rise times, potentially leading to multiple peak pressures that could still cause injury. Orientation-based effects were evident, with 0-degree orientations resulting in the highest pressures and impulses, underscoring the increased risk of injury from direct shock wave exposure. Overall, the research emphasizes the need for improved armor designs that account for anatomical differences to enhance protection for female warfighters.