La nuova suola delle scarpe a base di kirigami potrebbe aiutare a mitigare i rischi di scivolate e cadute

Perdere l'equilibrio e cadere non accade solo durante i gelidi inverni di Boston. La resistenza allo scivolamento delle tue scarpe può determinare quanto bene cammini su superfici diverse senza perdere l'equilibrio. Le impugnature delle scarpe aumentano l'attrito impegnandosi con la superficie di camminata, contribuendo ad aumentare la stabilità. In uno studio pubblicato di recente, i ricercatori del Brigham and Women's Hospital e del Massachusetts Institute of Technology (MIT) hanno presentato una presa per scarpe assistita bioispirata basata sul kirigami, l'arte giapponese del taglio della carta. Kirigami può essere utilizzato per creare superfici altamente flessibili che si piegano da un foglio piatto a una superficie strutturata tridimensionale.

La nuova suola delle scarpe a base di kirigami ha lo scopo di ridurre i rischi di scivolate e cadute regolandosi mentre una persona cammina, aumentando l'attrito con picchi pop-up se necessario. In Ingegneria biomedica della natura , il team riporta i risultati dei test di attrito su una serie di superfici, compreso il ghiaccio, scoprendo che le suole delle scarpe kirigami aumentavano l'attrito con il terreno per ottenere una presa migliore su superfici scivolose.

Quello che abbiamo sviluppato è una suola dinamica che può darti grip quando ne hai bisogno, che è quando stai effettivamente camminando e muovendoti. La chiave è che è dinamico e ha la capacità di regolare l'attrito mentre fai un passo. Le soluzioni attuali come le tacchette hanno punte sempre presenti, quindi una presa dinamica della scarpa in grado di adattarsi al movimento sarebbe un modo più ideale per mitigare le cadute".

Giovanni Traverso, MB, BChir, dottorato di ricerca, autore corrispondente, gastroenterologo e ingegnere biomedico presso la Divisione di Gastroenterologia presso il Brigham e il MIT

Per saperne di più sui modi dinamici di modulare l'attrito, i ricercatori hanno cercato ispirazione nella natura, esaminando come gli animali hanno scaglie o artigli che aumentano selettivamente l'attrito in determinate situazioni. Hanno riconosciuto che applicando il cambiamento nella forma della suola, potrebbero controllare la comparsa delle punte e modulare l'attrito con la superficie grazie alla flessibilità, natura deformante del kirigami. Per identificare l'insieme di forme che meglio lo farebbero, il team ha modellato le prestazioni di ogni forma su come si presentava sotto determinate sollecitazioni.

Le toppe kirigami indotte dalla deformazione sono state costruite utilizzando acciaio e attaccate alle suole delle scarpe, consentendo la regolazione dinamica delle proprietà di attrito della superficie di calpestio. Traverso e colleghi hanno testato le suole creando versioni piatte o a scomparsa e misurato l'attrito su diverse superfici tra cui ghiaccio, vinile e legno duro per identificare la conformazione ottimale. Inizialmente hanno testato i design a comparsa sotto forma di un foglio trascinato su diverse superfici. Quindi il team ha testato i progetti su tre soggetti umani posizionando i fogli sulle suole delle scarpe e facendo camminare i soggetti su un blocco di ghiaccio posto su una superficie che misurava la quantità di forza. Facendo camminare i soggetti sul ghiaccio sia con che senza le suole, il team ha potuto farsi un'idea dei meccanismi alla base del design.

I risultati hanno mostrato che le impugnature per scarpe kirigami erano in grado di migliorare le proprietà di attrito tra le suole e la superficie di calpestio, mitigare scivolamenti e cadute. Il team riferisce che l'uso dell'impugnatura della scarpa kirigami potrebbe ottenere un attrito maggiore di quello osservato con gli stivali invernali standard da due a tre volte. Sebbene i progetti iniziali siano stati costruiti utilizzando acciaio inossidabile per la prova del concetto, i ricercatori stanno ora applicando il concetto ad altri materiali che sono più comunemente usati oggi. Si stanno anche concentrando sulla creazione di prototipi in cui l'impugnatura è già incorporata nella scarpa anziché essere aggiunta.

"Stiamo lavorando per applicare e incorporare le impugnature in diverse scarpe, " ha detto Traverso. "Le impugnature potrebbero essere utili nel settore della calzatura sportiva, nelle scarpe standard utilizzate negli ambienti quotidiani, e in situazioni di salute sul lavoro in cui potrebbe esserci un aumento del rischio di slittamento".

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