Một chất liệu mới lấy cảm hứng từ nghệ thuật cắt giấy Nhật Bản có thể giúp giày chống trượt trên băng hoặc trên các bề mặt trơn.

Lấy cảm hứng từ nghệ thuật cắt giấy Nhật Bản, các kỹ sư của MIT đã thiết kế ra một vật liệu tăng ma sát dùng cho đế giày, giúp giày có thể bám tốt hơn trên các bề mặt trơn hay đóng băng.

Nghệ thuật này được gọi là kirigami, và là một nhánh nhỏ của origami, vừa liên quan tới cắt giấy, vừa liên quan tới gấp giấy. Theo thử nghiệm tại các phòng thí nghiệm, người đi giày có lớp “kirigami” này có thể đi lại với ma sát lớn hơn so với giày thường trên mặt băng.

Như vậy, nếu công nghệ này được tích hợp vào giày, ta có thể giảm đi các tai nạn do đi lại trên băng cũng như trên các bề mặt trơn trượt khác, đặc biệt là ở người cao tuổi.

Mục tiêu của chúng tôi là giảm thiểu các tai nạn trượt ngã, cụ thể là trên các bề mặt trơn trượt và mặt băng, chúng tôi đã phát triển ra một hệ thống lấy cảm hứng từ kirigami, vởi khả năng tăng ma sát bề mặt,” Giovanni Traverso, một trợ lý giáo sư về kỹ thuật tại MIT, kiêm bác sỹ chuyên khoa tiêu hóa tại Bệnh Viện Brigham và Phụ nữ, đồng thời là trợ lý giáo sư tại Đại học Y Havard chia sẻ.

Nghiên cứu này đã được đăng tải trên tờ Nature Biomedical Engineering, và các giáo sư cơ học ứng dụng Traverso và Katia Bertoldi tại Đại học Harvard là các đồng tác giả của công trình. Tác giả chính của nghiên cứu là Nhà khoa học Nghiên cứu Sahab Babaee, nghiên cứu sinh Simo Pajovic tại MIT, và Ahmad Rafsanjani, một cựu nghiên cứu sinh hậu tiến sỹ tại Đại học Harvard.

Lấy cảm hứng từ nghệ thuật

Kirigami là một loại hình nghệ thuật bao gồm việc cắt các họa tiết phức tạp lên giấy, sau đó gấp giấy thành những cấu trúc 3 chiều. Gần đây, một số nhà khoa học đã ứng dụng loại hình nghệ thuật này để phát triển nên những vật liệu như: băng cứu thương dính chắc hơn vào khớp đầu gối, các máy cảm ứng có thể bọc trên robot dạng mềm, giúp robot thích ứng với vũ trụ dễ dàng hơn.

Còn ở nghiên cứu này, đội ngũ nghiên cứu đã sử dụng kỹ thuật kirigami để tạo nên một loạt các lớp gai nhựa hoặc kim loại, chúng sẽ ở dạng phẳng khi người đi giày không di chuyển, và dựng đứng lên khi người đó đi lại tự nhiên.

Cấu trúc này mới ở chỗ, nó có thể chuyển từ dạng 2D phẳng sang dạng 3D với các lớp gai,” Babaee chia sẻ.Các lớp gai này có thể giúp kiểm soát lực ma sát, và chúng có thể thu vào hoặc duỗi ra tùy vào chuyển động chân.”

Ngoài ra, các nhà nghiên cứu cũng đã thử nghiệm rất nhiều thiết kế khác, trong đó bao gồm các lớp gai có dạng vuông, tam giác, hoặc sóng. Sau đó, với mỗi dạng hình này, họ lại thử nghiệm nhiều kích cỡ và cách sắp xếp khác nhau, rồi thử với cả chất liệu kim loại và nhựa. Với mỗi thiết kế, họ ghi lại độ cứng cùng các góc chuyển động khiến gai có thể thu và duỗi.

Đội ngũ nghiên cứu cũng đo lực ma sát của mỗi thiết kế trên nhiều bề mặt khác nhau, bao gồm băng, gỗ, sàn vinyl, và cỏ nhân tạo. Kết quả thu được là: Mọi thiết kế đều tăng ma sát so với giày thường, và thiết kế dạng sóng cong thì đem lại hiệu quả tốt nhất.

Sau đó, các nhà nghiên cứu đem “lớp áo” này cho nhiều tình nguyện viên để họ gắn nó lên nhiều loại giày khác nhau, từ giày đi bộ cho tới những đôi bốt mùa đông, và đo lại ma sát phát sinh khi các tình nguyện viên đi trên một đĩa chịu lực – được che phủ bởi lớp băng dày khoảng 3cm.

Kết quả cho thấy: giày có lớp áo kirigami phát sinh ma sát nhiều hơn từ 20 tới 35% so với giày thông thường.

Chống trượt ngã

Hiện tại, các nhà nghiên cứu đang tìm phương thức tốt nhất để gắn những lớp kirigami này lên giày. Một số phương thức đang được nghiên cứu bao gồm: gắn cố định vào đế giày, làm một lớp phủ riêng có thể được tháo hoặc gắn vào theo nhu cầu sử dụng. Ngoài ra, họ cũng đang thử nghiệm nhiều vật liệu khác nhau, trong đó bao gồm một polymer dạng cao su và một dạng thép chịu lực.

Tuy rằng mục tiêu ban đầu của nghiên cứu là để tránh trượt ngã trên các bề mặt băng, các nhà nghiên cứu lại hi vọng rằng, công nghệ này sẽ có thể được ứng dụng cho nhiều hoàn cảnh khác, ví dụ như các môi trường làm việc ẩm ướt hay nhiều dầu.

Chúng tôi cũng đang tìm hiểu các biện pháp thương mại hóa tiềm năng, cũng như cách phát triển nó cho nhiều ứng dụng khác nhau hơn nữa,” Traverso nói.

Công trình nghiên cứu trên được hỗ trợ bởi Khoa Kỹ sư Cơ học Đại học MIT, Quỹ Khoa học Quốc gia Hoa Kỳ, và quỹ Khoa học Quốc gia Thụy Sỹ.

Theo MIT News

Tin liên quan: