Dans le but de découvrir quelle chaussure convient le mieux au style de course d’une personne, les ingénieurs du MIT ont mis au point un nouveau modèle qui prédit comment certaines propriétés de la chaussure affecteront les performances du coureur.
« Les concepteurs de chaussures commencent à les imprimer en 3D, ce qui signifie qu’ils peuvent désormais les fabriquer avec un éventail de propriétés beaucoup plus large qu’avec une simple plaque de mousse », explique Sarah Fay, postdoc au Sports Lab du MIT et à l’Institute for Data, Systems, and Society (IDSS). « Notre modèle pourrait les aider à concevoir des chaussures vraiment nouvelles, mais aussi très performantes. »
« Nous avons donné suffisamment de souplesse au modèle pour qu’il puisse être utilisé pour concevoir des chaussures sur mesure et comprendre les différents comportements individuels », explique Fay. « À terme, nous imaginons que si vous nous envoyez une vidéo de vous en train de courir, nous pourrons imprimer en 3D la chaussure qui vous convient. Ce serait le Saint-Graal ».
Le problème des modèles actuels de chaussures imprimées en 3D
Les modèles actuels intègrent des semelles intermédiaires imprimées en 3D qui ressemblent à des échafaudages complexes, dont la géométrie peut être adaptée pour donner un certain rebond ou une certaine rigidité à des endroits précis de la semelle.
Selon Fay, la difficulté consiste à prévoir ce que fera un coureur lorsqu’il portera une chaussure entièrement nouvelle, d’où l’importance de coupler la dynamique du coureur aux propriétés de la chaussure.
La solution
Fay et Anette « Peko » Hosoi, professeur de génie mécanique au MIT, ont d’abord cherché à représenter la dynamique d’un coureur à l’aide d’un modèle simple. Elles se sont inspirés de Thomas McMahon, chef de file de l’étude de la biomécanique à l’université de Harvard, qui, dans les années 1970, a utilisé un modèle très simple de « ressort et d’amortisseur » pour modéliser la mécanique essentielle de la marche d’un coureur. À l’aide de ce modèle, il a prédit la vitesse à laquelle une personne pouvait courir sur différents types de pistes, des surfaces traditionnelles en béton aux matériaux plus caoutchouteux. Le modèle a montré que les coureurs devraient courir plus vite sur des pistes plus douces et plus rebondissantes qui soutiennent la démarche naturelle du coureur.
Suivant l’exemple de McMahon, Fay et Hosoi ont développé un modèle similaire et simplifié de la dynamique d’un coureur. Le modèle représente un coureur comme un centre de masse, avec une hanche qui peut tourner et une jambe qui peut s’étirer. La jambe est reliée à une chaussure en forme de boîte, dont l’élasticité et l’absorption des chocs peuvent être réglées verticalement et horizontalement.
Étant donné que la plupart des coureurs ont tendance à minimiser l’impact de leurs pieds sur le tapis roulant et la quantité d’énergie dépensée par leurs jambes, les chercheurs ont simulé un large éventail de styles de chaussures et ont utilisé le modèle pour prédire la démarche d’un coureur et l’efficacité de chaque démarche pour un type de chaussure donné.
Cette méthode quantitative de conception d’une chaussure peut non seulement être adaptée à différents scénarios de course, mais elle offre également une autre alternative aux concepteurs qui souhaiteraient explorer de nouvelles idées d’impression 3D dans l’industrie de la chaussure.
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