เทคโนโลยีการเคลือบพื้นรองเท้าเพื่อช่วยยึดแกะกับพื้นผิวที่เรียบลื่น

วิศวกรของ MIT ได้รับแรงบันดาลใจจากศิลปะการตัดกระดาษญี่ปุ่นได้ออกแบบวัสดุที่ช่วยเพิ่มแรงเสียดทานซึ่งสามารถนำไปเคลือบด้านล่างรองเท้าของคุณทำให้พวกเขายึดเกาะกับน้ำแข็งและพื้นผิวลื่นอื่น ๆ

นักวิจัยได้ค้นหา kirigami จากรูปแบบของ origami ที่เกี่ยวข้องกับการตัดกระดาษเช่นเดียวกับการพับเพื่อสร้างการเคลือบใหม่ การทดสอบในห้องปฏิบัติการแสดงให้เห็นว่าเมื่อคนที่สวมรองเท้าเคลือบ kirigami เดินบนพื้นผิวน้ำแข็ง จะมีแรงยึดแกะมากกว่ารองเท้าที่ไม่ถูกเคลือบพื้นผิวเอาไว้

นักวิจัยกล่าวว่าการเคลือบสารนี้ลงในรองเท้าสามารถช่วยป้องกันการล้มบนพื้นผิวน้ำแข็งและพื้นผิวที่เป็นอันตรายอื่น ๆ โดยเฉพาะในผู้สูงอายุ

นักวิจัยกล่าวว่าการเคลือบสารนี้ลงในรองเท้าสามารถช่วยป้องกันการตกลงมาบนน้ำแข็งและพื้นผิวที่เป็นอันตรายอื่น ๆ โดยเฉพาะในผู้สูงอายุ

“ โดยงานนี้เราได้จัดการกับความท้าทายในการป้องกันการตกหล่นโดยเฉพาะอย่างยิ่งบนพื้นผิวน้ำแข็งลื่นและพัฒนาระบบที่ใช้ kirigami ซึ่งอำนวยความสะดวกในการเพิ่มแรงเสียดทานกับพื้นผิว” Giovanni Traverso ผู้ช่วยศาสตราจารย์ของเครื่องกล วิศวกรรมระบบทางเดินอาหารแห่งมหาวิทยาลัยบริกแฮมและโรงพยาบาลสตรีและผู้ช่วยศาสตราจารย์ที่โรงเรียนแพทย์ฮาร์วาร์ด

Traverso และ Katia Bertoldi ศาสตราจารย์วิชากลศาสตร์ประยุกต์ที่มหาวิทยาลัยฮาร์วาร์ดเป็นนักเขียนอาวุโสของการศึกษาซึ่งปรากฏในวิศวกรรมชีวการแพทย์ธรรมชาติ นักวิทยาศาสตร์การวิจัยของ MIT Sahab Babaee เป็นนักเขียนนำของบทความพร้อมกับ Simo Pajovic นักศึกษาระดับบัณฑิตศึกษาของ MIT และ Ahmad Rafsanjani อดีตนักศึกษาปริญญาเอกที่ Harvard University

แรงบันดาลใจจากงานศิลปะ

Kirigami เป็นรูปแบบศิลปะที่เกี่ยวข้องกับการตัดรูปแบบที่ซับซ้อนลงในแผ่นกระดาษแล้วพับพวกเขาเพื่อสร้างโครงสร้างสามมิติ เมื่อเร็ว ๆ นี้นักวิทยาศาสตร์บางคนได้ใช้เทคนิคนี้ในการพัฒนาวัสดุใหม่ ๆ เช่นผ้าพันแผลที่ติดกับหัวเข่าและข้อต่ออื่น ๆ อย่างแน่นหนาและเซ็นเซอร์ที่สามารถใช้เคลือบผิวของหุ่นยนต์ตัวเล็กและช่วยให้พวกเขาขยับตัวในอวกาศ

ในกรณีนี้ทีมใช้วิธีนี้เพื่อสร้างรูปแบบของแหลมที่ซับซ้อนในแผ่นพลาสติกหรือโลหะ แผ่นเหล่านี้นำไปใช้กับรองเท้า ซึ่งจะแบนในขณะที่ผู้สวมยืน แต่หนามแหลมโผล่ออกมาในระหว่างการเคลื่อนไหวตามธรรมชาติของการเดิน

“ ความแปลกใหม่ของพื้นผิวประเภทนี้คือเรามีการเปลี่ยนรูปร่างจากพื้นผิวเรียบแบบ 2D ไปเป็นรูปทรงเรขาคณิต 3 มิติที่มีเข็มที่ออกมา” บาบากล่าว “ คุณสามารถใช้องค์ประกอบเหล่านี้เพื่อควบคุมแรงเสียดทานเนื่องจากเข็มที่แหลมสามารถเลื่อนเข้าและออกได้ตามความกว้างที่คุณใช้”

นักวิจัยได้สร้างและทดสอบการออกแบบที่แตกต่างหลากหลายรูปแบบการทำซ้ำของรูปทรงแหลมเช่น สี่เหลี่ยมจตุรัส สามเหลี่ยม หรือเส้นโค้ง สำหรับแต่ละรูปร่างพวกเขายังทดสอบขนาดและการจัดเรียงที่แตกต่างกัน และพวกเขาก็ตัดลวดลายเป็นแผ่นพลาสติกและแผ่นสแตนเลส สำหรับการออกแบบแต่ละแบบพวกเขาวัดความแข็งและมุมที่แหลมออกมาเมื่อยืดวัสดุ

พวกเขายังวัดความเสียดทานที่เกิดจากการออกแบบในแต่ละแบบบนพื้นผิวที่หลากหลายเช่น น้ำแข็ง ไม้ พื้นไวนิล และหญ้าเทียม พวกเขาพบว่าการออกแบบทั้งหมด่ที่เพิ่มแรงเสียดทานและได้ผลลัพธ์ที่ดีที่สุดคือการทำในรูปแบบโค้งเว้า

จากนั้นนักวิจัยใช้การเคลือบผิวโค้งเว้าสำหรับการทดสอบกับอาสาสมัคร พวกเขาเคลือบผิวไว้กับรองเท้าหลากหลายประเภทรวมถึงรองเท้าผ้าใบและรองเท้าฤดูหนาวและวัดความเสียดทานที่เกิดขึ้นเมื่อผู้ทดลองเดินข้ามแผ่นเครื่องมือที่ใช้วัดแรงที่กระทำบนพื้นดิน ปกคลุมไปด้วยชั้นน้ำแข็งหนา 1 นิ้ว

พวกเขาพบว่าเมื่อใส่สารเคลือบ kirigami ปริมาณของแรงเสียดทานที่เกิดขึ้นนั้นสูงกว่าพื้นรองเท้าที่ไม่ได้ถูกเคลือบสารไว้ 20 ถึง 35 เปอร์เซ็นต์

ป้องกันการหกล้ม

ขณะนี้นักวิจัยกำลังหาวิธีที่ดีที่สุดในการติดและรวมพื้นผิว kirigami พวกเขากำลังพิจารณาที่จะฝังไว้ในพื้นรองเท้าหรือออกแบบให้เป็นองค์ประกอบแยกต่างหากที่สามารถติดได้เมื่อจำเป็น พวกเขายังสำรวจความเป็นไปได้ในการใช้วัสดุต่าง ๆ เช่นโพลิเมอร์เหมือนยางพร้อมปลายเหล็กเสริม

ในขณะที่แรงจูงใจดั้งเดิมของนักวิจัยป้องกันการลื่นบนพื้นผิวน้ำแข็งพวกเขาคาดหวังว่าการยึดเกาะรองเท้าชนิดนี้อาจจะมีประโยชน์ในปรับใช้ในรูปแบบอื่นๆ เช่นสภาพแวดล้อมการทำงานที่เปียกหรือมีน้ำมัน

“ เรากำลังมองหาเส้นทางที่เป็นไปได้เพื่อทำการค้า รวมถึงการพัฒนาระบบต่อไปผ่านกรณีการใช้งานที่แตกต่างกัน” Traverso กล่าว

เขียนโดย Anne Trafton

ที่มา: สถาบันเทคโนโลยีแมสซาชูเซตส์