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– O material inspirado na arte japonesa de cortar papel pode ajudar a evitar quedas em condições escorregadias ou com gelo.
Courtesy MIT by Anne Trafton: 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 aderência no gelo e em outras superfícies escorregadias.
Os pesquisadores utilizaram o kirigami, uma variação de origami que envolve cortar papel e dobrá-lo, para criar o novo revestimento. Testes de laboratório mostraram que, quando as pessoas que usam sapatos revestidos com kirigami andam sobre uma superfície gelada, geram mais atrito do que os sapatos não revestidos.
Incorporar esse revestimento nos sapatos pode ajudar a evitar quedas perigosas no gelo e em outras superfícies perigosas, especialmente entre os idosos, dizem os pesquisadores.
“Com esse trabalho, nos propusemos a enfrentar o desafio de evitar quedas, principalmente em superfícies escorregadias e geladas, e desenvolvemos um sistema baseado em kirigami que facilita o aumento do atrito com a superfície”, diz Giovanni Traverso, professor assistente de mecânica do MIT. engenharia, gastroenterologista no Brigham and Women’s Hospital e professor assistente na Harvard Medical School.
Traverso e Katia Bertoldi, professora de mecânica 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 é o principal autor do artigo, juntamente com Simo Pajovic, um estudante de graduação do MIT, e Ahmad Rafsanjani, um ex-pós-doutorado da Universidade de Harvard. 
Inspirado pela arte
Kirigami é uma forma de arte que envolve cortar padrões complexos em folhas de papel e depois dobrá-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 ajudá-los a se orientar no espaço.
Nesse caso, a equipe aplicou essa abordagem para criar padrões intricados de espigões em uma folha de plástico ou metal. Essas folhas, aplicadas na sola de um sapato, permanecem planas enquanto o usuário está em pé, mas os espinhos se destacam durante o movimento natural da caminhada.
“A novidade desse tipo de superfície é que temos uma transição de forma de uma superfície plana 2D para uma geometria 3D com agulhas que saem”, diz Babaee. “Você 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 padrões repetidos de espigões em forma de quadrados, triângulos ou curvas. Para cada forma, eles também testaram tamanhos e arranjos diferentes e cortaram os padrões em chapas de plástico e aço inoxidável. Para cada um dos projetos, eles mediram a rigidez e o ângulo em que os espinhos saem quando o material é esticado.
Eles também mediram o atrito gerado por cada projeto em uma variedade de superfícies, incluindo gelo, madeira, piso de vinil e grama artificial. Eles descobriram que todos os projetos aumentavam o atrito, com os melhores resultados produzidos por um padrão de curvas côncavas.
Os pesquisadores usaram os revestimentos de curva côncava para testes com voluntários humanos. Eles prenderam os revestimentos a uma variedade de tipos de sapatos, incluindo tênis 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 chão – 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.
Prevenção de quedas
Os pesquisadores agora estão trabalhando para determinar a melhor maneira de anexar e incorporar as superfícies de kirigami. Eles estão pensando em incorporá-los nas solas ou projetá-los como um elemento separado que pode ser anexado quando necessário. Eles também estão explorando a possibilidade de usar diferentes materiais, como um polímero semelhante a borracha com uma ponta de aço reforçada.
Embora a motivação original dos pesquisadores tenha impedido escorregões em superfícies geladas, eles esperam que esse tipo de aderência nos sapatos também possa ser útil em outros ambientes, como em ambientes úmidos ou oleosos.
“Estamos analisando possíveis 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 Mecânica do MIT, pela Fundação Nacional de Ciência dos EUA e pela Fundação Nacional de Ciência da Suíça.
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