MIT-哈佛联合团队，Nature子刊上“炒”剪纸仿生鞋

原创小希 X-MOL资讯

去年，“炒鞋”一词持续升温，有些原价几千元的限量款球鞋，在网上转手之后甚至可以卖到数万元。鞋，这种生活必需品，仿佛迅速变成了一款金融产品。网上竟然还出现了炒鞋K线图，真是又一出的人间迷惑行为。

“炒鞋”指数。图片来源于网络

但实际上，“炒鞋”的重点并不在“鞋”，而是“炒”，可以说是另外一种“割韭菜”的套路。为此，央行上海分行去年10月在题为《警惕炒鞋热潮防范金融风险》的金融简报中提示，目前国内球鞋转卖出现“炒鞋热”，“炒鞋”平台实为击鼓传花式资本游戏，各业务机构应高度关注，并采取有效措施防范此类风险。^[1]

小希对“炒鞋”一向是嗤之以鼻的，原因很简单——咱那点补助，“炒鞋”连入门都不够啊……鞋，穿着舒服不就行了？

除了脚感、保暖与保护性等之外，鞋还有另一个重要的指标——防滑。可别忽视鞋底的摩擦力，滑倒带来的可不仅仅是尴尬，每年都有大量的人因为滑倒导致不同程度的受伤，从而影响正常生活。据统计，滑倒摔伤已成为老年人死亡的主要原因之一，也是职业相关死亡的第二大“罪魁祸首”。如果在行走时，能够合理控制脚底与地面之间的摩擦力，就可以减少摔倒的风险。

图片来源于网络

近日，美国麻省理工学院（MIT）的Giovanni Traverso和哈佛大学的Katia Bertoldi等研究者在Nature Biomedical Engineering 杂志上发表文章，报道了他们从动物身上获得灵感而开发出的一种可以动态调节摩擦力的仿生鞋底材料。有趣的是，研究者通过类似剪纸的工艺，巧妙的实现了这一设计。不得不再一次感慨，剪纸折纸这类艺术思想，已经广泛地应用于各类“超材料”的设计制备中（点击阅读相关）。

剪纸仿生鞋底。图片来源：MIT ^[2]

自然界中，动物行动的方式千姿百态，一些物种还进化出特殊的结构，比如猎豹和啄牛鸟的爪子、蛇类的鳞片。在一定情况下，可以有选择性地增加摩擦力，牢牢地抓住物体或地面。

动物增大摩擦力的启示。图片来源：Nat. Biomed. Eng.

受此启发，研究者借鉴了剪纸艺术，开发出一种类似“蛇鳞”的防滑鞋底结构。当穿着此鞋的人保持静止不动时，不会带来任何影响；而在行走过程中，鞋底弯曲激发起“鞋钉”凸起，可以有效增加摩擦性能，降低穿着者滑倒的风险。

防滑鞋底设计。图片来源：Nat. Biomed. Eng.

鞋底材料由厚度为0.051 mm钢材料制成，杨氏模量 193 GPa。研究者设计了下图a中三种不同式样的“鞋钉”，随后分别在冰面、塑料表面和硬木表面进行测试，普通三角型“鞋钉”的效果一般，而凹型“鞋钉”表现出最高的摩擦增强。其中冰面上的效果最为显著，相比于未加装防滑的鞋底，静摩擦系数增加了7倍，动摩擦系数增加了14倍。

三种“鞋钉”在不同表面上的摩擦增强。图片来源：Nat. Biomed. Eng.

与此同时，“鞋钉”的排布方式也至关重要。研究者测试了五种不同的凹型“鞋钉”排布方式，在冰面实验中，均呈现出不同程度的摩擦力增强，平均静摩擦系数增加5倍，动摩擦系数增加15倍。

排布方式对摩擦力的影响。图片来源：Nat. Biomed. Eng.

仿生鞋底少不了真人实验，由于每个人的步态略有差异，研究者寻找到三位重量均为~750 N的志愿者进行测试。他们穿着仿生鞋和其他市售的带有各种防滑花纹的鞋（如雪地靴、运动鞋、休闲鞋和凉鞋）在冰面上行走。结果表明仿生鞋可以有效地增强摩擦，摩擦系数是商品鞋底的两倍。

真人对比实验。图片来源：Nat. Biomed. Eng.

“这种表面的新颖之处在于，利用剪纸艺术实现了从二维平面到带鞋钉的三维结构的切换”，论文一作Sahab Babaee说。“通过这项工作，我们着手解决了滑倒的难题，特别是在结冰、光滑的平面上”，Giovanni Traverso说，“我们正在寻找商业化的途径”。除了结冰的路面，这种仿生鞋底对于在潮湿或油腻的环境中工作的人员，也能起到防滑防摔的作用。^[2]

PS：这种防滑鞋如果能上市，不会被“炒鞋客”盯上吧……

原文（扫描或长按二维码，识别后直达原文页面）：