3d打印的鞋垫可以直接测量鞋底压力

苏黎世联邦理工学院、Empa和EPFL的研究人员正在开发一种带有集成传感器的3d打印鞋垫，可以在鞋内测量鞋底压力，从而在任何活动中测量鞋底压力。这有助于运动员或患者确定表现和治疗进展。

在精英运动中，有时一秒的差距就决定了胜利和失败。为了优化他们的表现，运动员使用定制的鞋垫。但患有肌肉骨骼疼痛的人也会用鞋垫来对抗他们的不适。

在专家能够准确地安装这种鞋垫之前，他们必须首先创建一个脚的压力分布。为此，运动员或患者必须赤脚走过压力敏感垫，在那里他们会留下自己的脚印。根据这种压力分布，骨科医生可以手工制作定制的鞋垫。这种方法的问题是优化和调整需要时间。另一个缺点是压力敏感垫只允许在有限的空间内测量，而不能在锻炼或户外活动．

现在，来自苏黎世联邦理工学院、Empa和EPFL的研究团队的一项发明可以大大改善这种情况。研究人员使用3D打印技术生产了一种定制的集成鞋垫压力传感器它可以直接测量在各种活动中鞋子对脚底的压力。

Empa和ETH复杂材料实验室的高级助理、联合项目负责人Gilberto Siqueira解释说:“你可以通过检测到的压力模式来判断一个人是在走路、跑步、爬楼梯，还是背着重物——在这种情况下，压力更多地转移到脚跟。”这使得繁琐的垫子测试成为过去。这项发明最近被刊登在杂志上科学报告．

一台设备，多种墨水

这些鞋垫不仅使用方便，制作也很容易。它们的生产只需要一步，包括集成传感器和导体-使用一台3D打印机，称为挤出机。

在打印方面，研究人员使用了专门为这种应用开发的各种墨水。作为鞋垫的基础，科学家们使用了硅酮和纤维素纳米颗粒的混合物。

接下来，他们用含银的导电墨水在第一层上打印导体。然后，他们用含有炭黑的墨水将传感器打印在导体上的各个地方。传感器并不是随机分布的:它们被精确地放置在脚底压力最大的地方。为了保护传感器和导体，研究人员在它们表面涂上了另一层硅胶。

最初的困难是在不同的材料层之间实现良好的附着力。研究人员通过用热等离子体处理硅酮层的表面来解决这个问题。

作为测量法向力和剪力的传感器，它们使用压电元件，可以转换为机械元件压力转换成电信号。此外，研究人员还在鞋底上建立了一个接口，用于读取生成的数据。

运行数据将很快无线读出

测试表明，研究人员添加的鞋垫效果很好。Siqueira说:“因此，通过数据分析，我们实际上可以根据传感器的反应和反应的强烈程度来识别不同的活动。”

目前，Siqueira和他的同事仍然需要一个电缆连接来读取数据;为此，他们在鞋垫的一侧安装了一个接触器。他说，下一步的发展步骤之一将是建立无线连接。“然而，到目前为止，读取数据还不是我们工作的主要重点。”

在未来，带有集成传感器的3d打印鞋垫可以用于运动员或物理治疗，例如测量训练或治疗进展。根据这些测量数据，可以调整训练计划，并使用3D打印生产具有不同软硬区域的永久性鞋垫。

尽管Siqueira相信他们的产品有很大的市场潜力，尤其是在精英运动领域，但他的团队还没有采取任何商业化的步骤。