Investigadores de ETH Zurich, Empa y EPFL están desarrollando una plantilla impresa en 3D con sensores integrados que permite medir la presión de la suela en el zapato y, por lo tanto, durante cualquier actividad. Esto ayuda a los atletas o pacientes a determinar el rendimiento y el progreso de la terapia.

En los deportes de élite, las fracciones de segundo a veces marcan la diferencia entre la victoria y la derrota. Para optimizar su rendimiento, los atletas utilizan plantillas hechas a medida. Pero las personas con dolores musculoesqueléticos también recurren a las plantillas para combatir sus molestias.

Antes de que los especialistas puedan ajustar con precisión dichas plantillas, primero deben crear un perfil de presión de los pies. Para ello, los atletas o pacientes deben caminar descalzos sobre alfombras sensibles a la presión, donde dejan sus huellas individuales. Basándose en este perfil de presión, los ortopedistas crean plantillas personalizadas a mano. El problema con este enfoque es que las optimizaciones y los ajustes toman tiempo. Otra desventaja es que las alfombrillas sensibles a la presión permiten realizar mediciones solo en un espacio reducido, pero no durante los entrenamientos o las actividades al aire libre.

Ahora, un invento de un equipo de investigación de ETH Zurich, Empa y EPFL podría mejorar mucho las cosas. Los investigadores utilizaron la impresión 3D para producir una plantilla personalizada con sensores de presión integrados que pueden medir la presión en la planta del pie directamente en el zapato durante diversas actividades.

en cuyo caso la presión se desplaza más hacia el talón », explica Gilberto Siqueira, codirector del proyecto. Asistente Senior en la Empa y en el Laboratorio de Materiales Complejos de la ETH. Esto hace que las tediosas pruebas de tapete sean cosa del pasado.

Un dispositivo, varias tintas

Estas plantillas no solo son fáciles de usar, también son fáciles de hacer. Se producen en un solo paso, incluidos los sensores y conductores integrados, utilizando una sola impresora 3D, llamada extrusora.

Para la impresión, los investigadores utilizan varias tintas desarrolladas específicamente para esta aplicación. Como base para la plantilla, los científicos de materiales utilizan una mezcla de nanopartículas de silicona y celulosa.

A continuación, imprimen los conductores sobre esta primera capa utilizando una tinta conductora que contiene plata. Luego imprimen los sensores en los conductores en lugares individuales utilizando tinta que contiene negro de carbón. Los sensores no se distribuyen al azar : se colocan exactamente donde la presión de la planta del pie es mayor. Para proteger los sensores y conductores, los investigadores los recubren con otra capa de silicona.

Una dificultad inicial fue lograr una buena adherencia entre las diferentes capas de material. Los investigadores resolvieron esto tratando la superficie de las capas de silicona con plasma caliente.

Como sensores para medir fuerzas normales y de corte, utilizan componentes piezoeléctricos que convierten la presión mecánica en señales eléctricas. Además, los investigadores han incorporado una interfaz en la suela para leer los datos generados.

Ejecución de datos que pronto se leerán de forma inalámbrica

Las pruebas mostraron a los investigadores que la plantilla fabricada aditivamente funciona bien. « Entonces, con el análisis de datos, podemos identificar diferentes actividades en función de qué sensores respondieron y qué tan fuerte fue esa respuesta », dice Siqueira.

Por el momento, Siqueira y sus colegas todavía necesitan una conexión por cable para leer los datos; para ello han instalado un contacto en el lateral de la plantilla. Uno de los próximos pasos de desarrollo, dice, será crear una conexión inalámbrica. « Sin embargo, leer los datos no ha sido el enfoque principal de nuestro trabajo hasta ahora ».

En el futuro, los atletas o en fisioterapia podrían utilizar plantillas impresas en 3D con sensores integrados, por ejemplo, para medir el progreso del entrenamiento o la terapia. Basándose en estos datos de medición, se pueden ajustar los planes de entrenamiento y se pueden producir plantillas de zapatos permanentes con diferentes zonas duras y blandas mediante la impresión 3D.

Aunque Siqueira cree que existe un gran potencial de mercado para su producto, especialmente en los deportes de élite, su equipo aún no ha dado ningún paso hacia la comercialización.

Investigadores de Empa, ETH Zurich y EPFL participaron en el desarrollo de la plantilla. El investigador de EPFL, Danick Briand, coordinó el proyecto y su grupo suministró los sensores, mientras que los investigadores de ETH y Empa desarrollaron las tintas y la plataforma de impresión. También participaron en el proyecto el Hospital Universitario de Lausana (CHUV) y la empresa de ortopedia Numo.