Des semelles imprimées en 3D mesurent la pression dans la chaussure

Dans les sports d'élite, les fractions de seconde font parfois la différence entre la victoire et la défaite. Pour optimiser leurs performances, les athlètes utilisent des semelles sur mesure. Mais les personnes souffrant de douleurs musculo-squelettiques se tournent également vers les semelles pour combattre leur inconfort.

Avant que les spécialistes puissent adapter ces semelles avec précision, ils doivent d'abord établir un profil de pression des pieds. Pour ce faire, les athlètes ou les patients doivent marcher pieds nus sur des tapis sensibles à la pression, où ils laissent leurs propres empreintes. Sur la base de ce profil de pression, les orthopédistes créent ensuite à la main des semelles sur mesure.

Le problème de cette approche est que les optimisations et les ajustements prennent du temps. Un autre inconvénient est que les tapis sensibles à la pression ne permettent pas de prendre des mesures que dans un espace confiné, mais pas pendant les séances d'entraînement ou les activités de plein air.

Dans le cadre d'un projet commun coordonné par Danick Briand du Laboratoire des microsystèmes souples de la Faculté des sciences et techniques de l'ingénieur, des chercheurs de l'ETH Zurich, l'Empa et de l'EPFL ont utilisé l'impression 3D pour produire une semelle personnalisée avec des capteurs de pression intégrés qui peuvent mesurer la pression sur la plante du pied directement dans la chaussure lors de diverses activités. L'invention a récemment fait l'objet d'un article dans la revue Scientific Reports.

Le co-chef de projet Gilberto Siqueira, assistant principal à l’Empa et au Laboratoire des matériaux complexes de l'ETH, explique : « Les modèles de pression détectés permettent de savoir si une personne marche, court, monte des escaliers ou porte une lourde charge sur le dos, auquel cas la pression se déplace davantage vers le talon. » Les tests fastidieux sur les tapis appartiennent désormais au passé.

Un seul appareil, plusieurs encres

Les semelles sont fabriquées en une seule étape - y compris les capteurs et les conducteurs intégrés - à l'aide d'une seule imprimante 3D, appelée extrudeuse. Les chercheurs utilisent différentes encres développées spécifiquement pour cette application. Les spécialistes des matériaux ont utilisé un mélange de nanoparticules, de silicone et de cellulose comme base de la semelle. Ils ont utilisé des composants piézoélectriques, qui convertissent la pression mécanique en signaux électriques, en tant que capteurs pour mesurer les forces normales et de cisaillement. Ils ont également intégré une interface dans la semelle pour lire les données générées.

Les tests ont montré que la semelle fabriquée additivement fonctionne bien. « Grâce à l'analyse des données, nous pouvons identifier différentes activités en fonction des capteurs qui ont réagi et de l'intensité de cette réaction » explique Gilberto Siqueira.

Pour l'instant, Gilberto Siqueira et ses collègues ont encore besoin d'une connexion par câble pour lire les données ; à cette fin, ils ont installé un contact sur le côté de la semelle. L'une des prochaines étapes du développement consistera à créer une connexion sans fil.

Bien que Gilberto Siqueira soit convaincu du fort potentiel commercial de son produit, en particulier dans les sports d'élite, son équipe n'a pas encore pris de mesures en vue de sa commercialisation. À l'avenir, les semelles imprimées en 3D et dotées de capteurs intégrés pourraient être utilisées par les athlètes ou en physiothérapie, par exemple pour mesurer les progrès de l'entraînement ou de la thérapie. Sur la base de ces données de mesure, les plans d'entraînement peuvent alors être ajustés et des semelles permanentes avec différentes zones dures et souples peuvent être produites par impression 3D.