Kirigami-beschichtete Schuhe: Besseren Halt auf Eis und rutschigen Oberflächen

Inspiriert von Kirigami, der japanischen Kunst des Papierschneidens, haben Ingenieure ein reibungserhöhendes Material entwickelt, das zur Beschichtung von Schuhsohlen verwendet werden kann und so für stärkeren Halt auf Eis und anderen rutschigen Oberflächen sorgt.

Kirigami, eine Variante des Origami, bei der Papier geschnitten und gefaltet wird, diente als Vorlage für die Beschichtung. Laborversuche zeigten, dass Probanden mit kirigami-beschichteten Schuhen auf einer eisigen Fläche mehr Reibung erzeugten als mit unbeschichteten Schuhen. Die Integration dieser Beschichtung in Schuhe könnte helfen, gefährliche Stürze auf Eis und anderen gefährlichen Untergründen zu verhindern.

In jüngster Zeit nutzten Wissenschaftler Kirigami bereits für neue Materialien wie Pflaster, die sicherer an Knien und anderen Gelenken haften, sowie Sensoren, die die Haut weicher Roboter überziehen und ihnen die Orientierung im Raum erleichtern. In diesem Fall wandten die Forscher den Ansatz an, um komplexe Muster aus Spitzen in einer Kunststoff- oder Metallfolie zu erzeugen. Diese Folien, die auf die Schuhsohle aufgebracht werden, bleiben im Stehen flach, doch beim natürlichen Gehen klappen die Spitzen auf.

Die Forscher erstellten und testeten verschiedene Designs, darunter sich wiederholende Muster aus quadratischen, dreieckigen oder gekrümmten Spitzen. Für jede Form testeten sie unterschiedliche Größen und Anordnungen und schnitten die Muster sowohl in Kunststofffolien als auch in Edelstahl. Für jedes Design maßen sie die Steifigkeit und den Winkel, in dem die Spitzen beim Dehnen des Materials aufklappen.

Außerdem bestimmten sie die Reibung, die jedes Design auf verschiedenen Oberflächen – Eis, Holz, Vinylboden und Kunstrasen – erzeugte. Alle Designs erhöhten die Reibung, die besten Ergebnisse lieferte ein Muster aus konkaven Kurven. Diese Beschichtung wurde dann in Tests mit menschlichen Probanden verwendet. Sie befestigten die Beschichtungen an verschiedenen Schuharten, darunter Turnschuhe und Winterstiefel, und maßen die Reibung, die beim Gehen über eine Kraftmessplatte – ein Instrument, das die auf den Boden ausgeübten Kräfte misst – mit einer 2,5 cm dicken Eisschicht entstand.

Mit den Kirigami-Beschichtungen war die erzeugte Reibung 20 bis 35 Prozent höher als bei den Schuhen allein.

Die Forscher arbeiten nun daran, die beste Methode zur Befestigung und Integration der Kirigami-Oberflächen zu finden. Sie erwägen, sie in die Sohlen einzubetten oder als separates Element zu gestalten, das bei Bedarf angebracht werden kann.