Os investigadores da ETH Zurique, Empa e EPFL estão a desenvolver uma palmilha impressa em 3D com sensores integrados que permitem medir a pressão da sola no sapato e, portanto, durante qualquer actividade. Isto ajuda os atletas ou pacientes a determinar o desempenho e o progresso da terapia.

Nos desportos de elite, fracções de segundo fazem por vezes a diferença entre a vitória e a derrota. Para optimizar o seu desempenho, os atletas utilizam palmilhas feitas à medida. Mas as pessoas com dores músculo-esqueléticas também recorrem a palmilhas para combater o seu desconforto.

Antes que os especialistas possam encaixar com precisão tais palmilhas, devem primeiro criar um perfil de pressão dos pés. Para tal, atletas ou pacientes têm de andar descalços sobre tapetes sensíveis à pressão, onde deixam as suas pegadas individuais. Com base neste perfil de pressão, os ortopedistas criam então palmilhas personalizadas à mão. O problema com esta abordagem é que as optimizações e ajustamentos levam tempo. Outra desvantagem é que os tapetes sensíveis à pressão só permitem medições num espaço confinado, mas não durante treinos ou actividades ao ar livre.

Agora uma invenção de uma equipa de investigação de ETH Zurique, Empa e EPFL poderia melhorar muito as coisas. Os investigadores utilizaram a impressão em 3D para produzir uma palmilha personalizada com sensores de pressão integrados que podem medir a pressão na sola do pé directamente no sapato durante várias actividades.

“Pode-se saber pelos padrões de pressão detectados se alguém está a andar, a correr, a subir escadas, ou mesmo a carregar uma carga pesada nas costas – neste caso a pressão desloca-se mais para o calcanhar”, explica o co-líder do projecto Gilberto Siqueira, Assistente Sénior na Empa e no Laboratório de Materiais do Complexo ETH.

Isto faz com que os testes tediosos do tapete sejam uma coisa do passado. A invenção foi recentemente publicada na revista Relatórios científicos.

Um dispositivo, múltiplas tintas

Estas palmilhas não são apenas fáceis de usar, são também fáceis de fazer. São produzidas num único passo – incluindo os sensores e condutores integrados – utilizando uma única impressora 3D, chamada extrusora.

Para a impressão, os investigadores utilizam várias tintas desenvolvidas especificamente para esta aplicação. Como base para a palmilha, os cientistas de materiais utilizam uma mistura de silicone e nanopartículas de celulose.

Em seguida, imprimem os condutores nesta primeira camada utilizando uma tinta condutora contendo prata. Em seguida, imprimem os sensores nos condutores em locais individuais utilizando tinta que contém preto de carbono. Os sensores não são distribuídos ao acaso: são colocados exactamente onde a pressão da sola do pé é maior. Para proteger os sensores e os condutores, os investigadores revestem-nos com outra camada de silicone.

Uma dificuldade inicial era conseguir uma boa aderência entre as diferentes camadas de material. Os investigadores resolveram este problema tratando a superfície das camadas de silicone com plasma quente.

Como sensores para medir forças normais e de corte, utilizam componentes piezoeléctricos, que convertem a pressão mecânica em sinais eléctricos. Além disso, os investigadores construíram uma interface na única para a leitura dos dados gerados.

Dados em execução a serem lidos em breve sem fios

Os testes mostraram aos investigadores que a palmilha aditiva fabricada funciona bem.

“Assim, com a análise de dados, podemos efectivamente identificar diferentes actividades baseadas em que sensores responderam e quão forte foi essa resposta”, diz Siqueira.

Neste momento, Siqueira e os seus colegas ainda precisam de uma ligação por cabo para ler os dados; para tal, instalaram um contacto na lateral da palmilha. Um dos próximos passos de desenvolvimento, diz ele, será a criação de uma ligação sem fios.

“Contudo, a leitura dos dados não tem sido, até agora, o foco principal do nosso trabalho”.

No futuro, as palmilhas impressas em 3D com sensores integrados poderiam ser utilizadas por atletas ou em fisioterapia, por exemplo, para medir o progresso do treino ou da terapia. Com base nestes dados de medição, os planos de treino podem então ser ajustados e as palmilhas permanentes com diferentes zonas duras e moles podem ser produzidas utilizando a impressão 3D.

Embora Siqueira acredite que existe um forte potencial de mercado para o seu produto, especialmente no desporto de elite, a sua equipa ainda não tomou quaisquer medidas no sentido da comercialização.

Investigadores da Empa, ETH Zurique e EPFL estiveram envolvidos no desenvolvimento da palmilha. O investigador da EPFL Danick Briand coordenou o projecto, e o seu grupo forneceu os sensores, enquanto os investigadores da ETH e da Empa desenvolveram as tintas e a plataforma de impressão. Também estiveram envolvidos no projecto o Hospital Universitário de Lausanne (CHUV) e a empresa de ortopedia Numo. O projecto foi financiado pela página externa da ETH Domain’s, o programa Áreas de Foco Estratégico de Fabrico Avançado da ETH.

Saiba mais sobre ETH Zurique em ethz.ch.

Para mais informações sobre a Empa e a EPFL, por favor visite empa.ch e epfl.ch.