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Pesquisadores da ETH Zurich, Empa e EPFL estão desenvolvendo uma palmilha impressa em 3D com sensores integrados que permite medir a pressão da sola no sapato e, portanto, durante qualquer atividade. Isso ajuda atletas ou pacientes a determinar o desempenho e o progresso da terapia.
Nos esportes de elite, frações de segundo às vezes fazem a diferença entre a vitória e a derrota. Para otimizar seu desempenho, os atletas usam palmilhas feitas sob medida. Mas as pessoas com dores musculoesqueléticas também recorrem às palmilhas para combater o desconforto.
Antes que os especialistas possam ajustar com precisão essas palmilhas, eles devem primeiro criar um perfil de pressão dos pés. Para isso, atletas ou pacientes devem caminhar descalços sobre tapetes sensíveis à pressão, onde deixam suas pegadas individuais. Com base nesse perfil de pressão, os ortopedistas criam palmilhas personalizadas à mão. O problema com essa abordagem é que otimizações e ajustes levam tempo. Outra desvantagem é que os tapetes sensíveis à pressão permitem medições apenas em um espaço confinado, mas não durante exercícios ou atividades ao ar livre.
Agora, uma invenção de uma equipe de pesquisa da ETH Zurich, Empa e EPFL poderia melhorar muito as coisas. Os pesquisadores usaram a impressão 3D para produzir uma palmilha personalizada com sensores de pressão integrados que podem medir a pressão na sola do pé diretamente no sapato durante várias atividades.
“Você pode dizer pelos padrões de pressão detectados se alguém está andando, correndo, subindo escadas ou mesmo carregando uma carga pesada nas costas – nesse caso, a pressão se desloca mais para o calcanhar”, explica o líder do coprojeto Gilberto Siqueira , Assistente Sênior do Empa e do Laboratório de Materiais Complexos da ETH. Isso torna os tediosos testes de esteira uma coisa do passado.
Um dispositivo, várias tintas
Essas palmilhas não são apenas fáceis de usar, mas também fáceis de fazer. Eles são produzidos em apenas uma etapa – incluindo os sensores e condutores integrados – usando uma única impressora 3D, chamada extrusora.
Para a impressão, os pesquisadores utilizam diversas tintas desenvolvidas especificamente para essa aplicação. Como base para a palmilha, os cientistas de materiais usam uma mistura de silicone e nanopartículas de celulose.
Em seguida, eles imprimem os condutores nessa primeira camada usando uma tinta condutiva contendo prata. Eles então imprimem os sensores nos condutores em locais individuais usando tinta que contém negro de fumo. Os sensores não são distribuídos aleatoriamente: eles são colocados exatamente onde a pressão da planta do pé é maior. Para proteger os sensores e condutores, os pesquisadores os revestem com outra camada de silicone.
Uma dificuldade inicial foi conseguir uma boa adesão entre as diferentes camadas de material. Os pesquisadores resolveram isso tratando a superfície das camadas de silicone com plasma quente.
Como sensores para medir forças normais e de cisalhamento, eles usam componentes piezo, que convertem a pressão mecânica em sinais elétricos. Além disso, os pesquisadores construíram uma interface na sola para ler os dados gerados.
Dados em execução em breve serão lidos sem fio
Testes mostraram aos pesquisadores que a palmilha fabricada aditivamente funciona bem. “Assim, com a análise de dados, podemos identificar diferentes atividades com base em quais sensores responderam e quão forte foi essa resposta”, diz Siqueira.
No momento, Siqueira e seus colegas ainda precisam de uma conexão por cabo para ler os dados; para isso, instalaram um contato na lateral da palmilha. Uma das próximas etapas do desenvolvimento, diz ele, será criar uma conexão sem fio. “No entanto, a leitura dos dados não tem sido o foco principal do nosso trabalho até agora.”
No futuro, palmilhas impressas em 3D com sensores integrados poderão ser usadas por atletas ou em fisioterapia, por exemplo, para medir o progresso do treinamento ou da terapia. Com base nesses dados de medição, os planos de treinamento podem ser ajustados e palmilhas permanentes com diferentes zonas duras e macias podem ser produzidas usando impressão 3D.
Apesar de Siqueira acreditar que há um grande potencial de mercado para o produto, principalmente em esportes de elite, sua equipe ainda não deu nenhum passo para a comercialização.
Pesquisadores da Empa, ETH Zurich e EPFL estiveram envolvidos no desenvolvimento da palmilha. O pesquisador da EPFL, Danick Briand, coordenou o projeto e seu grupo forneceu os sensores, enquanto os pesquisadores da ETH e da Empa desenvolveram as tintas e a plataforma de impressão. Também envolvidos no projeto estavam o Hospital Universitário de Lausanne (CHUV) e a empresa de ortopedia Numo.
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