Los revestimientos para suelas de zapatos podrían mejorar la tracción en superficies lisas | Noticias del MIT


Inspirándose en el arte japonés del corte de papel, los ingenieros del MIT diseñaron un material antifricción que podría usarse para cubrir la suela de los zapatos, dándoles un mejor agarre en el hielo y otras superficies resbaladizas.

Los investigadores se basaron en kirigami, una variación del origami que implica cortar papel y doblarlo, para crear el nuevo revestimiento. Las pruebas de laboratorio han demostrado que cuando las personas que usaban zapatos cubiertos con kirigami caminaban sobre una superficie helada, generaban más fricción que los zapatos sin recubrimiento.

La incorporación de este recubrimiento en los zapatos podría ayudar a prevenir caídas peligrosas sobre hielo y otras superficies peligrosas, especialmente en personas mayores, dicen los investigadores.

“A través de este trabajo, nos propusimos enfrentar el desafío de prevenir caídas, especialmente en superficies heladas y resbaladizas, y desarrollamos un sistema basado en kirigami que facilita una mayor fricción con una superficie”, explica Giovanni Traverso, profesor asistente de mecánica del MIT. ingeniera, gastroenteróloga en el Brigham and Women & # 39; s Hospital y profesora asistente en la Escuela de Medicina de Harvard.

Traverso y Katia Bertoldi, profesora de mecánica aplicada en la Universidad de Harvard, son los autores principales del estudio, que aparece hoy en Ingeniería biomédica de la naturaleza. El investigador del MIT, Sahab Babaee, es el autor principal del artículo, junto con Simo Pajovic, un estudiante graduado del MIT, y Ahmad Rafsanjani, ex becario postdoctoral en la Universidad de Harvard.

Inspirado por el arte

Kirigami es una forma de arte que consiste en cortar patrones intrincados en hojas de papel y luego doblarlos para crear estructuras tridimensionales. Recientemente, algunos científicos han utilizado esta técnica para desarrollar nuevos materiales como vendajes que se adhieren más firmemente a las rodillas y otras articulaciones, y sensores que pueden usarse para cubrir la piel de robots blandos y ayudarlos a orientarse. en el espacio.

En este caso, el equipo aplicó este enfoque para crear patrones intrincados de picos en una hoja de plástico o metal. Estas hojas, aplicadas a la suela de un zapato, permanecen planas cuando el usuario está de pie, pero las puntas sobresalen durante el movimiento natural de caminar.

"La novedad de este tipo de superficie es que tenemos una transición de forma de una superficie plana 2D a una geometría 3D con agujas que sobresalen", dice Babaee. "Puede usar estos elementos para controlar la fricción, ya que las agujas afiladas pueden entrar y salir según el estiramiento que aplique".

Los investigadores crearon y probaron varios diseños diferentes, incluidos patrones repetidos de picos en forma de cuadrados, triángulos o curvas. Para cada forma, también probaron diferentes tamaños y diseños, y cortaron los diseños de láminas de plástico y acero inoxidable. Para cada uno de los modelos, midieron la rigidez y el ángulo en el que salen las puntas cuando se estira el material.

También midieron la fricción generada por cada diseño en una variedad de superficies, incluyendo hielo, madera, pisos de vinilo y césped artificial. Descubrieron que todos los diseños aumentaban la fricción, con los mejores resultados producidos por un patrón de curvas cóncavas.

Luego, los investigadores utilizaron los recubrimientos de curvas cóncavas para pruebas en voluntarios humanos. Conectaron los forros a una variedad de tipos de calzado, incluidas zapatillas y botas de invierno, y midieron la fricción producida cuando los sujetos caminaron sobre una placa de fuerza, un instrumento que mide las fuerzas ejercidas sobre ella. el suelo, cubierto con una capa de hielo de una pulgada de espesor.

Descubrieron que con los forros kirigami colocados, la cantidad de fricción generada era entre un 20 y un 35% más alta que la fricción generada solo por los zapatos.

Prevenir caídas

Los investigadores ahora están trabajando para determinar la mejor manera de arreglar e incorporar superficies de kirigami. Están considerando integrarlos en las suelas o diseñarlos como un elemento separado que podría adjuntarse cuando sea necesario. También están explorando la posibilidad de utilizar diferentes materiales, como un polímero similar al caucho con una punta de acero reforzado.

Si bien la motivación inicial de los investigadores fue evitar resbalones en superficies heladas, esperan que este tipo de agarre de calzado también pueda ser útil en otros entornos, como entornos de trabajo húmedos o aceitoso.

"Estamos buscando posibles vías para comercializar el sistema, así como un mayor desarrollo del sistema a través de diferentes casos de uso", dice Traverso.

La investigación fue financiada por el Departamento de Ingeniería Mecánica del MIT, la National Science Foundation de Estados Unidos y la Swiss National Science Foundation.

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