Стелька, напечатанная на 3D-принтере, измеряет давление на стопу

Напечатанная на 3D-принтере индивидуальная стелька использует встроенные датчики для измерения давления на подошву стопы непосредственно в обуви во время различных видов деятельности.

Чтобы оптимизировать свои выступления, спортсмены используют индивидуальные стельки. Но и люди с больным опорно-двигательным аппаратом также пользуются стельками для борьбы с дискомфортом.

Прежде чем специалисты смогут точно подобрать такие стельки, они должны сначала создать профиль давления на стопу. Для этого спортсменам или пациентам приходится ходить босиком по чувствительным к давлению коврикам, на которых они оставляют свои индивидуальные следы.

Проблема такого подхода заключается в том, что оптимизация и корректировка требуют времени. Другим недостатком является то, что чувствительные к давлению коврики позволяют проводить измерения только в ограниченном пространстве, но не во время тренировок или активного отдыха.

Новое изобретение, описанное в журнале Scientific Reports, решает эти проблемы.

"По обнаруженным характеристикам давления можно определить, идет ли человек, бежит, поднимается по лестнице или даже несет тяжелый груз на спине - в этом случае давление больше смещается на пятку, — объясняет руководитель проекта Гилберто Сикейра, старший ассистент в Лаборатории комплексных материалов ETH Zurich (Швейцария). — Это позволяет оставить в прошлом утомительные испытания с помощью ковриков".

Эти стельки не только удобны в использовании, но и просты в изготовлении. Они изготавливаются всего за один этап — включая встроенные датчики и проводники — с помощью одного 3D-принтера, называемого экструдером.

Для печати исследователи используют различные чернила, разработанные специально для этого применения. В качестве основы для стельки разработчики используют смесь силикона и наночастиц целлюлозы.

Затем они печатают проводники на этом первом слое с помощью проводящих чернил, содержащих серебро. Потом они печатают датчики на проводниках в отдельных местах, используя чернила, содержащие сажу. Датчики распределяются не случайным образом: они размещаются именно там, где давление подошвы стопы наиболее сильное. Чтобы защитить датчики и проводники, исследователи покрывают их еще одним слоем силикона.

Первоначальная трудность заключалась в достижении хорошей адгезии между различными слоями материала. Исследователи решили эту проблему, обработав поверхность силиконовых слоев горячей плазмой.

В качестве датчиков для измерения нормальных и сдвиговых сил они используют пьезокомпоненты, которые преобразуют механическое давление в электрические сигналы. Кроме того, исследователи встроили в подошву интерфейс для считывания полученных данных.

Испытания показали исследователям, что стельки, изготовленные методом аддитивного производства, работают хорошо.

В настоящее время Сикейра и его коллеги все еще нуждаются в кабельном соединении для считывания данных. Для этого они установили контакт на боковой стороне стельки. Одним из следующих шагов в развитии, по его словам, будет создание беспроводного соединения.