Несмотря на дождливую погоду, по крайней мере в моем регионе, сейчас все таки лето. Однако, зима близко, как гласит девиз дома Старков из небезызвестного сериала. А одной из самых распространенных проблем в снежные месяцы является гололед. Если верить статистике, то около 15% больничных зимой связаны с травмами, полученными в связи с падением на льду. Но в природе существует множество организмов, которым не страшна скользкая поверхность, например, змеи. Их кожа напоминает мозаику из маленьких чешуек, которые увеличивают сцепление с поверхностью.

Вдохновившись этим, ученые из Гарвардского университета создали специальную подошву для обуви, которая предотвращает падение на скользкой поверхности. Из чего сделана эта подошва, какие физические законы она реализует и можно ли в такой обуви бегать по льду? Ответы на эти вопросы ждут нас в докладе ученых.

Основа исследования

Лед скользкий, как бы банально это не звучало. Почему он скользкий, объяснялось в другом исследовании. Падения из-за гололеда выглядят смешно лишь в комедийных фильмах. В реальности же это достаточно опасно, особенно для пожилых людей. Одной из самых распространенных травм, вызванных падением, среди пожилых людей является повреждение бедра. Такая травма может привести к крайне длительному восстановлению, инвалидности и даже к смерти.

Как отмечают сами ученые, современные средства против скольжения, которые одеваются на обувь, вполне сносно выполняют свою основную задачу. Однако они громоздкие, некоторым людям их тяжело одевать/снимать, и они сильно выступают из подошвы, что тоже не очень то и безопасно (если кто с шипами на подошве наступит вам на ногу, вы это точно почувствуете). Следовательно, необходимо создать что-то, что будет компактным, эффективным, легким в производстве и, конечно же, эстетичным.

Авторы сего исследования предлагают использовать для этого опыт природы плюс искусство создания фигурок из бумаги — киригами. В отличие от оригами, где бумага просто складывается по определенной схеме для достижения определенной формы, киригами подразумевает надрезание бумаги.

Киригами появилось не так давно, в 1980 году, а его автором считается японский архитектор Масахиро Чатани.

Киригами стало вдохновением для разработки множества гибких устройств и структур-трансформеров, поскольку одной из особенностей такой формы оригами является трансформация плоского листа бумаги в трехмерную фигуру.

В данном же труде ученые решили использовать эти принципы в разработке подошвы для обуви, которая позволит предотвратить падения на льду. В основе этой разработки лежит слой киригами, состоящий из стальных листов, перфорированных периодическим набором зубчатых шипов. При растяжении шипы сгибаются, что приводит к сцеплению с поверхностью и увеличению силы трения.

Проведя расчеты, моделирование и практические опыты, ученые смогли подобрать максимально эффективную схему для своей киригами-подошвы.

Как уже говорилось ранее, природа стала одним из основных источников вдохновения для ученых.

Изображение №1

На изображении 1а показаны примеры анатомической адаптации сцепления у разных видов животных. Например, у гепардов есть выдвижные когти, которые увеличивают сцепление с поверхностью во время резких поворотов в погоне за добычей. Острые когти буйволовых скворцов направлены в противоположные стороны, напоминая клешню, что помогает им крепко держаться за поверхность тела крупных копытных, со шкуры которых они выклевывают насекомых и личинок. Змеи же манипулируют чешуйками на теле так, чтобы менять направление своего движения.

На 1b показаны прототипы подошвы. Во время ходьбы изгиб подошвы вызывает растяжение киригами-пластины, от чего шипы выдвигаются наружу.

А теперь перейдем к рассмотрению проектирования и испытания разработки.