鞋底涂层可以改善光滑表面的摩擦力

受日本剪纸艺术的启发，麻省理工学院的工程师们设计了一种摩擦增强材料，这种材料可以涂在你的鞋底，让你的鞋子在冰面和其他光滑的表面上有更强的抓地力。

研究人员利用kirigami(一种折纸的变种，包括剪纸和折叠)来创造新的涂层。实验室测试表明，当人们穿着基里贾涂层的鞋子在结冰的表面行走时，产生的摩擦力比没有涂层的鞋子大。

研究人员说，在鞋子中加入这种涂层可以帮助防止在冰上和其他危险的表面上摔倒，尤其是老年人。

“通过这项工作我们着手解决防止下降的挑战,特别是在结冰的,光滑的表面和发达kirigami-based系统促进增长与表面摩擦,“乔凡尼Traverso说一个麻省理工学院的机械工程助理教授,布莱根妇女医院胃肠病学家,哈佛医学院的助理教授。

Traverso和哈佛大学应用力学教授Katia Bertoldi是该研究的资深作者，该研究发表在今天的《自然生物医学工程》杂志上。麻省理工学院的研究科学家Sahab Babaee是这篇论文的第一作者，还有麻省理工学院的研究生Simo Pajovic和哈佛大学的前博士后Ahmad Rafsanjani。

灵感来自于艺术

Kirigami是一种艺术形式，将复杂的图案切割成一张张纸，然后将它们折叠成三维结构。最近，一些科学家利用这项技术开发出了一些新材料，比如可以更牢固地粘在膝盖和其他关节上的绷带，以及可以覆盖软机器人皮肤并帮助它们在太空中定位的传感器。

在这种情况下，团队应用这种方法在塑料或金属薄片上创建复杂的尖峰图案。当穿着者站着的时候，这些贴在鞋底的金属片会保持平整，但是当穿着者行走的时候，金属片上的尖刺就会突出来。

Babaee说:“这种表面的新奇之处在于，我们有一个从二维平面到三维几何形状的过渡，其中会有针头伸出来。”“你可以利用这些因素来控制摩擦，因为锋利的针可以根据你的拉伸程度来插入和拔出。”

研究人员创造并测试了几种不同的设计，包括重复的形状像正方形、三角形或曲线的尖峰图案。对于每一种形状，他们还测试了不同的尺寸和排列方式，并将图案切割成塑料片和不锈钢片。对于每一种设计，他们都测量了材料被拉伸时的刚度和突起的角度。

他们还测量了每种设计在各种表面上产生的摩擦，包括冰、木材、乙烯基地板和人造草坪。他们发现，所有的设计都提高了摩擦力，最好的结果是产生了凹曲线的图案。

研究人员随后在志愿者身上使用了凹面曲线涂层进行测试。他们将这些涂层附着在各种各样的鞋子上，包括运动鞋和冬靴，并测量了实验对象走过覆盖着一英寸厚冰层的力板(测量施加在地面上的力的仪器)时产生的摩擦力。

他们发现，在涂上“吉里贾”涂层后，产生的摩擦力比单是鞋子产生的摩擦力高20%到35%。

预防跌倒

目前，研究人员正在研究如何更好地附着和融合猕猴桃表面。他们正在考虑将其嵌入鞋底，或者将其设计成一个单独的元素，以便在需要时进行附加。他们也在探索使用不同材料的可能性，例如带有加强钢尖的橡胶状聚合物。

虽然研究人员最初的动机是防止在结冰的表面上打滑，但他们预计这种鞋夹在其他环境下也会有用，比如潮湿或油性的工作环境。

Traverso说:“我们正在寻找使系统商业化的潜在途径，以及通过不同的用例进一步开发系统。”

这项研究由麻省理工学院机械工程系、美国国家科学基金会和瑞士国家科学基金会资助。