Solette stampate in 3D misurano la pressione della suola direttamente nella scarpa

Nello sport di alto livello, le frazioni di secondo possono fare la differenza tra la vittoria e la sconfitta. Per questo gli atleti utilizzano solette personalizzate per ottimizzare le loro prestazioni. Ma anche le persone affette da dolori muscolo-scheletrici si affidano ai plantari per combattere i loro disturbi.

Per poter applicare con precisione questi plantari, gli specialisti devono prima creare un profilo di pressione del piede. A tal fine, gli atleti o i pazienti devono camminare a piedi nudi su tappeti sensibili alla pressione, dove lasciano la loro impronta individuale. Sulla base di questo profilo di pressione, gli ortopedici creano a mano dei plantari personalizzati. Tuttavia, le ottimizzazioni e le regolazioni richiedono tempo. Un altro svantaggio: i tappetini sensibili alla pressione consentono di effettuare le misurazioni solo in uno spazio limitato, ma non durante l'allenamento o le attività all'aperto.

Ora, però, un'invenzione di un gruppo di ricerca dell'ETH di Zurigo, dell'Empa e dell'EPFL potrebbe migliorare significativamente la situazione: I ricercatori hanno utilizzato la stampa 3D per produrre una soletta personalizzata con sensori di pressione integrati. In questo modo è possibile misurare la pressione sulla pianta del piede direttamente nella scarpa durante le varie attività.

"In base ai modelli di pressione rilevati, è possibile riconoscere se una persona sta camminando, correndo, salendo le scale o anche se sta sponsorizzando un carico pesante sulla schiena. In questo caso, la pressione si sposta maggiormente sul tallone", spiega il co-progettista Gilberto Siqueira, assistente in capo all'Empa e al Laboratorio per i materiali complessi dell'ETH di Zurigo. I noiosi test di opacizzazione appartengono ormai al passato. L'invenzione è stata pubblicata di recente sulla rivista scientifica pagina esternaRapporti scientifici presentato.

Un dispositivo, diversi inchiostri

Le solette non sono solo facili da usare, ma anche da produrre. Insieme ai sensori integrati e ai percorsi dei conduttori, vengono prodotte in una sola fase di lavoro e con una sola stampante 3D, il cosiddetto estrusore.

Per la stampa, i ricercatori utilizzano diversi inchiostri le cui formulazioni sono state sviluppate appositamente per questa applicazione. Per esempio, gli scienziati dei materiali utilizzano una miscela di silicone e nanoparticelle di cellulosa come base per la soletta.

Su questo primo strato vengono poi stampati i binari conduttivi con un inchiostro contenente argento e i sensori in singoli punti, utilizzando un inchiostro contenente nerofumo. La distribuzione dei sensori non è casuale: sono posizionati esattamente dove la pressione della pianta del piede è più forte. Per proteggere le tracce conduttive e i sensori, i ricercatori li ricoprono con un altro strato di silicone.

Una difficoltà iniziale è stata quella di ottenere una buona adesione tra i diversi strati di materiale. I ricercatori hanno quindi trattato la superficie degli strati di silicone con un plasma caldo.

I sensori sono i cosiddetti elementi piezoelettrici che convertono la pressione meccanica in segnali elettrici. Misurano le forze normali e di taglio. I ricercatori hanno anche costruito un'interfaccia nella soletta per leggere i dati generati.