Специальное покрытия для подошвы обуви может улучшить сцепление на скользких поверхностях

Вдохновленные азиатским искусством резки бумаги, инженеры Массачусетского технологического института разработали материал, повышающий трение, который можно использовать для покрытия подошвы ваших ботинок, придавая им более сильное сцепление со льдом и другими скользкими поверхностями. Исследователи использовали киригами (http://paper-life.ru/kirigami-diagrams   или  https://www.liveinternet.ru/users/basiuk54/post374669819   - bom100   ), разновидность оригами, которая включает в себя резку бумаги, а также складывание ее, чтобы создать новое покрытие. Лабораторные тесты показали, что когда люди в покрытых киригами ботинках шли по ледяной поверхности, они создавали больше трения, чем обувь без покрытия.

“Благодаря этой работе мы решили решить проблему предотвращения падений, особенно на ледяных, скользких поверхностях, и разработали систему на основе киригами, которая облегчает увеличение трения с поверхностью”,-говорит Джованни Траверсо, доцент Массачусетского технологического института по машиностроению, гастроэнтеролог из больницы Бригама и женщин и доцент Гарвардской Медицинской школы.

Траверсо и Катя Бертольди, профессор прикладной механики Гарвардского университета, являются старшими авторами исследования, которое появилось в Nature Biomedical Engineering. Ведущим автором статьи является научный сотрудник Массачусетского технологического института Сахаб Бабаи, а также Симо Пайович, аспирант Массачусетского технологического института, и Ахмад Рафсанджани, бывший постдок Гарвардского университета.

Киригами-это вид искусства, который включает в себя вырезание сложных узоров на листах бумаги, а затем складывание их для создания трехмерных структур. В последнее время некоторые ученые используют этот метод для разработки новых материалов, таких как бинты, которые более надежно прилипают к коленям и другим суставам, и датчики, которые могут быть использованы для покрытия кожи мягких роботов и помогают им ориентироваться в пространстве.

В данном случае команда применила этот подход для создания замысловатых узоров из шипов на листе пластика или металла. Эти листы, нанесенные на подошву обуви, остаются плоскими, пока человек стоит, но шипы выскакивают во время естественного движения при ходьбе.

"Новизна этого типа поверхности заключается в том, что у нас есть переход формы от 2-D плоской поверхности к 3-D геометрии с иглами, которые выходят”, - говорит Бабаи. “Вы можете использовать эти элементы для контроля трения, потому что острые иглы могут входить и выходить в зависимости от растяжения, которое вы применяете.”

Исследователи создали и протестировали несколько различных конструкций, включая повторяющиеся узоры шипов в форме квадратов, треугольников или кривых. Для каждой формы они также протестировали различные размеры и расположение, и они вырезали узоры как в пластиковых листах, так и в нержавеющей стали. Для каждой из конструкций они измеряли Жесткость и угол, под которым шипы выскакивают при растяжении материала.

Они также измерили трение, создаваемое каждой конструкцией на различных поверхностях, включая лед, дерево, виниловые полы и искусственный газон. Они обнаружили, что все конструкции усиливают трение, причем наилучшие результаты дает рисунок вогнутых кривых.

Затем исследователи использовали вогнутые криволинейные покрытия для испытаний на людях-добровольцах. Они прикрепляли покрытия к различным типам обуви, включая кроссовки и зимние ботинки, и измеряли трение, возникающее, когда испытуемые шли по силовой пластине — инструменту, который измеряет силы, действующие на землю, покрытую слоем льда толщиной 2,5 сантиметра.

Они обнаружили, что с нанесенными покрытиями киригами количество создаваемого трения было на 20-35 процентов выше, чем трение, создаваемое только обувью.

В настоящее время исследователи работают над определением наилучшего способа прикрепления и включения поверхностей киригами. Они подумывают о том, чтобы встроить их в подошвы или спроектировать их как отдельный элемент, который можно было бы прикрепить, когда это необходимо. Они также изучают возможность использования различных материалов, таких как резиноподобный полимер с усиленным стальным наконечником.

В то время как первоначальная мотивация исследователей состояла в предотвращении скольжения на обледенелых поверхностях, они ожидают, что этот вид захвата обуви также может быть полезен в других условиях, таких как влажная или маслянистая рабочая среда.

” Мы рассматриваем потенциальные пути коммерциализации системы, а также дальнейшее развитие системы с помощью различных вариантов использования", - говорит Траверсо.