Une nouvelle semelle de chaussure à base de kirigami pourrait aider à atténuer les risques de glissade et de chute

Perdre l'équilibre et tomber ne se produit pas uniquement pendant les hivers glacials de Boston. La résistance au glissement de vos chaussures peut déterminer la façon dont vous marchez sur différentes surfaces sans perdre l'équilibre. Les poignées de chaussures augmentent la friction en s'engageant avec la surface de marche, aidant à augmenter la stabilité. Dans une étude récemment publiée, des chercheurs du Brigham and Women's Hospital et du Massachusetts Institute of Technology (MIT) ont présenté une poignée de chaussures assistée bio-inspirée basée sur le kirigami, l'art japonais du papier découpé. Kirigami peut être utilisé pour créer des surfaces très flexibles qui se déforment d'une feuille plate à une surface texturée en trois dimensions.

La nouvelle semelle de chaussure à base de kirigami est destinée à réduire les risques de glissades et de chutes en s'ajustant au fur et à mesure des pas, augmenter la friction avec des pointes pop-up si nécessaire. Dans Nature Génie Biomédical , l'équipe rapporte les résultats des tests de friction sur une gamme de surfaces, y compris la glace, constatant que les semelles des chaussures kirigami augmentaient la friction avec le sol pour une meilleure adhérence sur les surfaces glissantes.

Ce que nous avons développé, c'est une semelle de chaussure dynamique qui peut vous donner de l'adhérence quand vous en avez besoin, c'est à ce moment-là que vous marchez et bougez réellement. La clé est qu'il est dynamique et qu'il a la capacité d'ajuster la friction lorsque vous faites un pas. Les solutions actuelles comme les crampons ont des pointes toujours présentes, donc une poignée de chaussure dynamique qui pourrait s'ajuster avec le mouvement serait un moyen plus idéal d'atténuer les chutes."

Giovanni Traverso, MB, BChir, Doctorat, auteur co-correspondant, gastro-entérologue et ingénieur biomédical dans la division de gastro-entérologie du Brigham et du MIT

Pour en savoir plus sur les manières dynamiques de moduler le frottement, les chercheurs se sont inspirés de la nature, examiner comment les animaux ont des écailles ou des griffes qui augmentent sélectivement la friction dans certaines situations. Ils ont reconnu qu'en appliquant un changement dans la forme de la semelle, ils pourraient contrôler l'apparition des pointes et moduler le frottement avec la surface grâce au flexible, nature de flambage du kirigami. Pour identifier l'ensemble de formes qui permettrait le mieux d'accomplir cela, l'équipe a modélisé la performance de chaque forme sur la façon dont elle est apparue sous certaines contraintes.

Les patchs de kirigami induits par le flambage ont été construits en acier et attachés aux semelles de chaussures, permettant le réglage dynamique des propriétés de friction de la surface de marche. Traverso et ses collègues ont testé les semelles en créant des versions plates ou pop-up et ont mesuré le frottement sur différentes surfaces, y compris la glace, vinyle et bois dur pour identifier la conformation optimale. Ils ont d'abord testé les conceptions contextuelles sous la forme d'une feuille qui a été traînée sur différentes surfaces. Ensuite, l'équipe a testé les conceptions sur trois sujets humains en plaçant les draps sur des semelles de chaussures et en faisant marcher les sujets sur un bloc de glace placé sur une surface mesurant la force. En faisant marcher les sujets sur la glace avec et sans semelles, l'équipe a pu avoir une idée de la mécanique derrière la conception.

Les résultats ont montré que les poignées de chaussures kirigami étaient capables d'améliorer les propriétés de friction entre les semelles et la surface de marche, atténuer les glissades et les chutes. L'équipe rapporte que l'utilisation de la poignée de chaussure kirigami pourrait atteindre un frottement plus important que celui observé avec des bottes d'hiver standard de deux à trois fois. Bien que les conceptions initiales aient été construites en utilisant de l'acier inoxydable pour la preuve de concept, les chercheurs appliquent maintenant le concept à d'autres matériaux qui sont plus couramment utilisés aujourd'hui. Ils se concentrent également sur la création de prototypes où l'adhérence est déjà intégrée dans la chaussure au lieu d'être ajoutée.

« Nous travaillons maintenant à appliquer et à intégrer les poignées dans différentes chaussures, " a déclaré Traverso. " Les poignées pourraient être utiles dans l'industrie de la chaussure de sport, dans les chaussures standard utilisées dans les contextes quotidiens, et dans les situations de santé au travail où il pourrait y avoir un risque accru de dérapage. »

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