麻省理工開發新型塗層,可大幅改善鞋子在光滑表面的摩擦力

作者 | 發布日期 2020 年 06 月 02 日 20:03 | 分類 材料 , 科技生活 Telegram share ! follow us in feedly


受到日本剪紙藝術的啟發,麻省理工學院的工程師設計了一種摩擦增強材料,在鞋底塗上後能使它們在冰和其他光滑表面上有更強的抓地力。

剪紙(kirigami)是摺紙的變體,透過切割、摺疊便能將一張簡單的紙打造出 3D 結構,過去已有一些科學家使用這種技術來開發新材料,像是更牢固的關節繃帶,做為軟機器人的皮膚協助在太空中定向等,在《Nature Biomedical Engineering》的最新研究中,麻省理工團隊為剪紙技術找到了另一個用途:鞋底塗層。

在這項研究中,團隊開發了一套基於剪紙技術的系統,能夠有助增加兩種表面間的摩擦,當應用於鞋底時,便能協助人們在結冰、光滑的危險表面上跌倒,受到最嚴重可能致命的危險傷害。

就像常見的剪紙藝術一樣,使用者站立時鞋底的塗層會像一張平坦的白紙一樣,但當開始走動時,突起部分會自然彈出並提供額外的摩擦力防止摔跤。

為了尋找增加摩擦力最有效的剪紙樣式,研究人員創造並測試了幾種不同的設計,包括正方形、三角形或曲線的重複圖案在不同的尺寸、排列下的情況,並測量每種設計在各種表面(冰、木材、塑膠地板、人造草皮等)上產生的摩擦。

結果顯示,設計在所有平面上都增加了摩擦力,而其中又以凹曲線圖案產生最佳效果。

團隊接著將凹曲線塗層應用於運動鞋、冬靴在內各種類型的鞋子,讓志願者穿上後走過覆蓋上 2.5 公分冰層的測力板(Force Plate)來確認摩擦力,結果顯示,使用了剪紙塗層後的鞋子能比鞋子原先所產生的摩擦力高上 20-35%。

從 2D 平面到 3D 幾何形狀的形狀過渡,以及可以根據施力彈入彈出的突出尖刺,這種新奇表面讓人們可透過調整這些元素來控制摩擦。研究人員正在尋找使用剪紙塗層的最佳做法,思考是要直接嵌入鞋底或設計為可添加的元素,同時也在探索使用不同材料的可能性。

儘管最初的動機是防止在光滑的表面上打滑,但可想見這種抓地力在其他環境(例如潮濕或油膩的工作環境)中也相當具有應用潛力。團隊正在尋找使系統商業化的途徑,期盼透過不同的使用案例來進一步開發系統。

(首圖來源:MIT/Diemut Strebe