Des semelles imprimées en 3D mesurent la pression du pied directement dans la chaussure

D’après l’Union française de la santé du pied (UFSP), plus de 65 % des adultes en France souffrent de douleurs au niveau des pieds. Ces problèmes peuvent causer davantage de dommages sur d’autres parties du corps, notamment le dos ou les hanches. Afin de diminuer ces risques, des semelles orthopédiques imprimées en 3D ont été fabriquées. Le nouveau développement des chercheurs de l’ETH Zurich, de l’Ecole Polytechnique de Lausanne et du laboratoire Empa est conçu de manière à ce que les patients et les athlètes puissent suivre les progrès de leur thérapie et de leur entraînement. La semelle est ainsi équipée de capteurs intégrés qui permettent de mesurer la pression de la semelle directement dans la chaussure.

Que ce soit dans le domaine du sport, pour optimiser ses propres performances, ou pour réduire les douleurs aux pieds dans la vie quotidienne, de plus en plus de personnes profitent de semelles orthopédiques imprimées en 3D sur mesure. Plusieurs projets ont déjà été dévoilés. Rodin4D, un acteur majeur de la CFAO dans le secteur de l’orthopédie a lancée une solution baptisée Arkad. Invent Medical utilise également l’impression 3D pour proposer des dispositifs orthopédiques personnalisés. La fabrication additive est exploitée dans ce milieu car la technologie permet de créer des produits adaptés pour chaque patient. Elle offre aussi un gain de temps précieux. Pour les techniques traditionnelles, le patient doit marcher sur un tapis sensible à la pression pour établir un aperçu de la forme de son pied. A la suite de cet exercice, une semelle est fabriquée à la main, un processus long.

Semelle intérieure imprimée en 3D avec pistes conductrices et capteurs à base d’éléments piézoélectriques (crédits photo : ETH Zurich)

Pour les semelles intérieures conçues par fabrication additive, elles enregistrent en temps réel la pression des pieds dans la chaussure. Il est ainsi possible de voir quelle est l’activité du porteur. « D’après les modèles de pression détectés, vous pouvez dire si quelqu’un marche, court, monte des escaliers ou même porte une lourde charge sur le dos, » explique Gilberto Siqueira, codirecteur du projet et maître-assistant à l’Empa et au laboratoire des matériaux complexes de l’ETH Zurich. Comme les capteurs sont des éléments qui transforment la pression mécanique en signaux électriques, ils mesurent aussi bien les forces normales que les forces de cisaillement, c’est à dire les frottement de la peau avec la semelle lors de mouvements intenses.

La fabrication des semelles imprimées en 3D

L’impression 3D des semelles intérieures est simple. En effet, d’après les chercheurs, elles sont produites en une seule étape avec un extrudeur, y compris les capteurs. Les matériaux utilisés ont été spécialement développés pour cette application par l’équipe de recherche. La fabrication des semelles s’effectue selon un système de couches. La base est constituée d’un mélange de nanoparticules de silicone et de cellulose. Les lignes conductrices sont d’abord imprimées sur cette base avec une encre contenant de l’argent. Ensuite, les capteurs réalisés avec de l’encre en noir de carbone sont intégrés aux endroits précis où la pression du pied est censée être la plus forte. La dernière couche est constituée d’un revêtement en silicone pour éviter d’endommager les fines pistes conductrices et les capteurs. Enfin, la surface de la couche de silicone est traitée au plasma chaud, ce qui permet aux différentes couches de matériaux d’adhérer solidement les unes aux autres.

Une fois que l’on a collecté suffisamment de données, celles-ci peuvent être lues au moyen d’une interface située dans la semelle, via une connexion câblée. Actuellement, les développeurs travaillent encore à l’établissement d’une connexion sans fil. La semelle devrait ainsi trouver une application dans le sport et la physiothérapie. Les utilisateurs peuvent suivre leurs progrès à l’aide de leurs données personnelles et, si nécessaire, établir des plans d’entraînement parfaitement adaptés. De plus, les clients devraient avoir la possibilité d’acheter des semelles permanentes imprimées en 3D. Grâce aux données précises et individuelles, celles-ci seront dotées de différents niveaux de dureté et de souplesse afin de garantir aux porteurs des progrès optimaux à l’avenir. Pour en savoir plus sur ce projet, cliquez ICI.

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*Crédit photo de couverture : Marco Binelli / ETH Zurich