Kirigami-geïnspireerde coatings verbeteren schoengrip op ijs en gladde oppervlakken

Geïnspireerd op kirigami, de Japanse kunst van papieren knippen, hebben ingenieurs een wrijvingsversterkend materiaal ontworpen dat kan worden gebruikt om de zolen van schoenen te coaten, waardoor ze een betere grip krijgen op ijs en andere gladde oppervlakken.

Kirigami, een variant van origami waarbij papier wordt geknipt alsook gevouwen, werd gebruikt om de coating te creëren. Laboratoriumtesten toonden aan dat wanneer mensen met kirigami-gecoate schoenen over een ijsoppervlak liepen, ze meer wrijving genereerden dan met ongecoate schoenen. Het integreren van deze coating in schoenen kan helpen gevaarlijke vallen op ijs en andere gevaarlijke oppervlakken te voorkomen.

Sommige wetenschappers hebben recent kirigami gebruikt om nieuwe materialen te ontwikkelen, zoals verbanden die veiliger hechten aan knieën en andere gewrichten, evenals sensoren die op de huid van zachte robots kunnen worden aangebracht om hen te helpen zich in de ruimte te oriënteren. In dit geval paste het team deze aanpak toe om ingewikkelde patronen van pikken in een vel plastic of metaal te creëren. Deze vellen, aangebracht op de zool van een schoen, blijven plat terwijl de drager staat, maar de pikken schuiven naar buiten tijdens de natuurlijke bewegingscyclus van lopen.

De onderzoekers creëerden en testten verschillende ontwerpen, waaronder herhalende patronen van vierkante, driehoekige of gebogen pikken. Voor elke vorm testten ze ook verschillende formaten en ordeningen, en knippen ze de patronen in zowel plastic vellen als roestvrij staal. Voor elk ontwerp maatten ze de stijfheid en de hoek waarop de pikken naar buiten schuiven wanneer het materiaal wordt gerekt.

Ze maatten ook de wrijving die elk ontwerp genereerde op diverse oppervlakken, waaronder ijs, hout, vinyl vloeren en kunstgras. Ze vonden dat alle ontwerpen de wrijving verhoogden, met de beste resultaten voor een patroon van holle bochten. Vervolgens gebruikten ze de holle-bocht-coatings voor testen met menselijke proefpersonen. Ze bevestigden de coatings aan diverse soorten schoenen, waaronder sneakers en winterlaarzen, en maatten de wrijving die ontstond toen proefpersonen liepen over een krachtmeetplaat — een instrument dat de op de grond uitgeoefende krachten meet — bedekt met een 2,5 cm dikke laag ijs.

Ze vonden dat met de kirigami-coatings de gegenereerde wrijving 20 tot 35 procent hoger was dan de wrijving van de schoenen alleen.

Ze werken nu aan het bepalen van de beste manier om de kirigami-oppervlakken te bevestigen en te integreren. Ze overwegen ze in de zollen in te bedden of ze te ontwerpen als een los onderdeel dat kan worden bevestigd wanneer nodig.