Beschichtungen könnten die Traktion auf glatten Oberflächen verbessern

Inspiriert von Kirigami, der japanischen Kunst des Papierschneidens, haben Ingenieure ein reibungsverstärkendes Material entwickelt, das zur Beschichtung von Schuhsohlen verwendet werden könnte, um ihnen einen besseren Halt auf Eis und anderen rutschigen Oberflächen zu verleihen.

Kirigami, eine Variante von Origami, bei der Papier sowohl geschnitten als auch gefaltet wird, wurde verwendet, um die Beschichtung zu erstellen. Labortests zeigten, dass Menschen, die Kirigami-beschichtete Schuhe trugen, beim Gehen auf einer eisigen Oberfläche mehr Reibung erzeugten als Schuhe ohne Beschichtung. Die Integration dieser Beschichtung in Schuhe könnte dazu beitragen, gefährliche Stürze auf Eis und andere gefährliche Oberflächen zu verhindern.

Einige Wissenschaftler haben kürzlich Kirigami verwendet, um neue Materialien wie Bandagen zu entwickeln, die besser an Knien und anderen Gelenken haften, sowie Sensoren, die verwendet werden können, um die Haut von weichen Robotern zu beschichten und ihnen zu helfen, sich im Weltraum zu orientieren. In diesem Fall wendete das Team diesen Ansatz an, um komplizierte Muster von Stacheln in einer Kunststoff- oder Metallfolie zu erzeugen. Diese Platten, die auf die Sohle eines Schuhs aufgebracht werden, bleiben flach, während der Träger steht, aber die Spikes springen während der natürlichen Bewegung des Gehens heraus.

Die Forscher erstellten und testeten mehrere verschiedene Designs, darunter sich wiederholende Muster von Stacheln in Form von Quadraten, Dreiecken oder Kurven. Für jede Form testeten sie auch verschiedene Größen und Anordnungen und schnitten die Muster sowohl in Kunststoffplatten als auch in Edelstahl. Für jedes der Designs haben sie die Steifheit und den Winkel gemessen, in dem die Stacheln herausspringen, wenn das Material gedehnt wird.

Sie maßen auch die Reibung, die von jedem Design auf einer Vielzahl von Oberflächen erzeugt wurde, darunter Eis, Holz, Vinylböden und Kunstrasen. Sie fanden heraus, dass alle Designs die Reibung erhöhten, wobei die besten Ergebnisse durch ein Muster aus konkaven Kurven erzielt wurden. Anschließend verwendeten sie die Beschichtungen mit konkaven Kurven für Tests mit menschlichen Freiwilligen. Sie befestigten die Beschichtungen an verschiedenen Arten von Schuhen, einschließlich Turnschuhen und Winterstiefeln, und maßen die Reibung, die entsteht, wenn Probanden über eine Kraftmessplatte – ein Instrument, das die auf den Boden ausgeübten Kräfte misst – gingen, die mit einer 1 Zoll dicken Eisschicht bedeckt war .

Sie fanden heraus, dass die erzeugte Reibung mit den angebrachten Kirigami-Beschichtungen 20 bis 35 Prozent höher war als die Reibung, die durch die Schuhe allein erzeugt wurde.

Sie arbeiten nun daran, die beste Methode zum Anbringen und Einarbeiten der Kirigami-Oberflächen zu ermitteln. Sie erwägen, sie in die Sohlen einzubetten oder sie als separates Element zu gestalten, das bei Bedarf angebracht werden könnte.