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受剪纸艺术kirigami（一种既需要折纸又需要剪纸的方式）的启发，麻省理工学院的工程师们设计了一种摩擦力增强的材料，可以用来涂抹在鞋底，使其在冰面和其他湿滑的表面上有更强的抓地力。实验室测试显示，当人们穿着涂有kirigami涂层的鞋子在冰面上行走时，比没有涂层的鞋子产生的摩擦力更大。将这种涂层与鞋子结合，可以帮助防止在冰面和其他危险的表面上摔倒，尤其适用于老年人。
麻省理工学院机械工程助理教授GiovanniTraverso和哈佛大学应用力学教授KatiaBertoldi是该研究的高级作者，该研究报告发表在《NatureBiomedicalEngineering》杂志上。麻省理工学院研究员SahabBabaee是该论文的第一作者，麻省理工学院的研究生SimoPajovic和哈佛大学前博士后AhmadRafsanjani是该论文的主要作者。
研究团队利用kirigami的方法，在塑料或金属片上制作出复杂的尖峰图案。这些薄片被贴在鞋底上，当穿戴者站立时，这些薄片会保持平坦，但在行走的自然运动过程中，尖刺会弹出。
这种表面的新奇之处在于，我们的形状从二维平面过渡到了三维几何形状，有针状物跳出来，Babaee说。你可以利用这些针状物来控制摩擦力，因为尖锐的针头可以根据你施加的拉伸力弹进和弹出。
研究人员创造并测试了几种不同的形状，包括重复的尖刺形状的方形、三角形或曲线等图案。对于每个形状，他们还测试了不同的尺寸和排列方式，他们将图案应用于塑料片和不锈钢。对于每一种设计，他们测量了材料被拉伸时的刚度和尖峰弹出的角度。他们还测量了每种设计在各种表面上产生的摩擦力，包括冰、木头、乙烯基地板和人造草皮。他们发现，所有的设计都提高了摩擦力，其中凹形曲线的图案产生的摩擦力最好。
然后，研究人员将凹形曲线涂层用于人类志愿者的测试。他们将这些涂层贴在各种类型的鞋上，包括运动鞋和冬靴，并测量了受试者走过一个测力板时产生的摩擦力。他们发现，在附着了kirigami涂层的情况下，产生的摩擦力比单独穿鞋产生的摩擦力高20%到35%。
研究人员现在正致力于确定附着和结合kirigami面的最佳方式。他们正在考虑将它们嵌入到鞋底中，或者将它们设计成一个单独的元素，在需要的时候，可以将它们连接起来。他们还在探索使用不同材料的可能性，比如使用类似于橡胶的聚合物，再加上强化钢的尖端。
虽然研究人员的最初动机是为了防止在冰面上滑倒，但他们希望这种鞋的抓地力在其他环境中也能派上用场，比如潮湿或油性的工作环境。
我们正在研究该系统的商业化路线，以及通过不同的应用案例进一步开发该系统。Traverso说。
论文标题为《Bioinspiredkirigamimetasurfacesasassistiveshoegrips》。
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