Inspirados na arte japonesa de cortar papel, os engenheiros do MIT criaram um material que aumenta o atrito que pode ser usado para revestir a parte inferior dos sapatos, dando-lhes maior aderaªncia no gelo e em outrassuperfÍcies escorregadias.

Os pesquisadores utilizaram o kirigami, uma variação de origami que envolve cortar papel e dobra¡-lo, para criar o novo revestimento. Testes de laboratório mostraram que quando as pessoas que usam sapatos revestidos com kirigami caminhavam sobre umasuperfÍcie gelada, elas geram mais atrito do que os sapatos não revestidos.

Incorporar esse revestimento nos sapatos pode ajudar a evitar quedas perigosas no gelo e em outrassuperfÍcies perigosas, especialmente entre os idosos, dizem os pesquisadores.

"Com esse trabalho, nos propusemos a enfrentar o desafio de evitar quedas, principalmente emsuperfÍcies escorregadias e geladas, e desenvolvemos um sistema baseado em kirigami que facilita o aumento do atrito com asuperfÍcie", diz Giovanni Traverso, professor assistente de meca¢nica do MIT. engenharia, gastroenterologista no Brigham and Women's Hospital e professor assistente na Harvard Medical School.

Traverso e Katia Bertoldi, professor de meca¢nica aplicada na Universidade de Harvard, são os principais autores do estudo, que aparece hoje na Nature Biomedical Engineering . O cientista de pesquisa do MIT Sahab Babaee éo principal autor do artigo, juntamente com Simo Pajovic, um estudante de graduação do MIT, e Ahmad Rafsanjani, um ex-pa³s-doutorado da Universidade de Harvard.

Kirigami éuma forma de arte que envolve cortar padraµes complexos em folhas de papel e depois dobra¡-los para criar estruturas tridimensionais. Recentemente, alguns cientistas usaram essa técnica para desenvolver novos materiais, como ataduras que grudam com mais segurança aos joelhos e outras articulações, e sensores que podem ser usados ​​para revestir a pele dos robôs macios e ajuda¡-los a se orientar no Espaço.

Nesse caso, a equipe aplicou essa abordagem para criar padraµes intricados de espigaµes em uma folha de pla¡stico ou metal. Essas folhas, aplicadas na sola de um sapato, permanecem planas enquanto o usua¡rio estãoem panã, mas os espinhos se destacam durante o movimento natural da caminhada.

“A novidade desse tipo desuperfÍcie éque temos uma transição de forma de umasuperfÍcie plana 2D para uma geometria 3D com agulhas que saem”, diz Babaee. "Vocaª pode usar esses elementos para controlar o atrito, porque as agulhas afiadas podem entrar e sair com base no alongamento aplicado".

Os pesquisadores criaram e testaram vários projetos diferentes, incluindo padraµes repetidos de espigaµes em forma de quadrados, tria¢ngulos ou curvas. Para cada forma, eles também testaram tamanhos e arranjos diferentes e cortaram os padraµes em chapas de pla¡stico e aa§o inoxida¡vel. Para cada um dos projetos, eles mediram a rigidez e o a¢ngulo em que os espinhos saem quando o material éesticado.

Eles também mediram o atrito gerado por cada projeto em uma variedade desuperfÍcies, incluindo gelo, madeira, piso de vinil e relva artificial. Eles descobriram que todos os projetos aumentavam o atrito, com os melhores resultados produzidos por um padrãode curvas ca´ncavas.

Os pesquisadores usaram os revestimentos de curva ca´ncava para testes com voluntários humanos. Eles prenderam os revestimentos a uma variedade de tipos de sapatos, incluindo taªnis e botas de inverno, e mediram o atrito produzido quando os sujeitos atravessaram uma placa de força - um instrumento que mede as forças exercidas no cha£o - cobertas com uma polegada de espessura camada de gelo.

Eles descobriram que, com os revestimentos de kirigami, a quantidade de atrito gerado era 20 a 35% maior que o atrito gerado apenas pelos sapatos. 

Os pesquisadores agora estãotrabalhando para determinar a melhor maneira de anexar e incorporar assuperfÍcies de kirigami. Eles estãopensando em incorpora¡-los nas solas ou projeta¡-los como um elemento separado que pode ser anexado quando necessa¡rio. Eles também estãoexplorando a possibilidade de usar diferentes materiais, como um pola­mero semelhante a borracha com uma ponta de aa§o reforçada.

Embora a motivação original dos pesquisadores tenha impedido escorregaµes emsuperfÍcies geladas, eles esperam que esse tipo de aderaªncia nos sapatos também possa ser útil em outros ambientes, como em ambientes aºmidos ou oleosos.

"Estamos analisando possa­veis rotas para comercializar o sistema, bem como o desenvolvimento do sistema por meio de diferentes casos de uso", diz Traverso.

A pesquisa foi financiada pelo Departamento de Engenharia Meca¢nica do MIT, pela Fundação Nacional de Ciência dos EUA e pela Fundação Nacional de Ciência da Sua­a§a.