Investigação e Inovação na UMinho - Solas biomiméticas: inovação inspirada na natureza

Ana Marques ⠿ 11-12-2025 19:00

O PIEP desenvolveu solas de calçado inspiradas no miocárdio, teias de aranha e favos de mel, com materiais sustentáveis e desempenho comprovado. A estreia mundial na Lineapelle confirmou o interesse industrial.

A investigadora do PIEP, Clara Gonçalves, explica como a equipa desenvolveu solas biomiméticas que reduzem peso, aumentam absorção de energia e melhoram a distribuição da pressão plantar. A participação em Milão, na feira Lineapelle, permitiu testar interesse comercial, recolher pedidos de amostras e consolidar parcerias internacionais, confirmando o potencial da inovação. Este projeto alia investigação científica, prototipagem industrial e sustentabilidade, combinando inovação tecnológica com aplicabilidade real no setor do calçado.

Em que consiste exatamente o projeto e o que se pretende? Pode enquadrar o papel do PIEP no projeto Bioshoes4All e explicar como a vossa equipa contribui para o desenvolvimento de novos materiais e componentes?

O projeto “BioShoes4All – Inovação e capacitação da fileira do calçado para a Bioeconomia sustentável” visa promover a transição da indústria do calçado para a Bioeconomia e uma Economia Circular sustentável. Neste Projeto, o PIEP está integrado no P1 (Biomateriais) – I1.2 (Biomateriais e compósitos para o cluster do calçado) e M1.2.3 (Biopolímeros e componentes), em específico na Atividade A2.3 (Desenvolvimento de solas funcionais adotando abordagens de biomimética). Nesta atividade, o PIEP participa como centro de investigação e desenvolvimento, com especial foco em trabalhos de criação de conceitos inspirados na natureza, modelação e validação numérica. Em colaboração com a empresa Atlanta Steps e o CTCP, foi possível desenvolver e validar solas de calçado cuja geometria foi inspirada em estruturas naturais (miocárdio, teia de aranha, ventosas de polvo, etc.), com objetivo de reduzir peso, aumentar absorção de energia e melhorar a distribuição da pressão plantar, usando materiais com menor pegada ambiental.

O PIEP está sediado na Universidade do Minho, uma instituição com forte tradição em engenharia e materiais. De que forma o ecossistema científico da UMinho tem sido determinante para o avanço das solas biomiméticas e para a investigação realizada no projeto?

O PIEP está sediado na UMinho, em Guimarães e beneficia de um ecossistema científico e tecnológico particularmente forte nas áreas da engenharia de polímeros, ciência dos materiais e tecnologias de fabrico. A Universidade do Minho, permite trazer o conhecimento científico fundamental, o qual, ao longo dos anos, tem sido muito importante na fomentação de parcerias com empresas e outros centros de I&D, potenciando soluções inovadoras e acrescentando valor aos projetos desenvolvidos.

As solas biomiméticas apresentadas na Lineapelle marcaram uma estreia mundial. Que importância teve esta apresentação e que impacto teve o reconhecimento internacional?

A apresentação das solas biomiméticas na Lineapelle, em Milão, representou um momento bastante importante para o projeto e para o consórcio. Sendo uma estreia mundial, permitiu demonstrar publicamente o caráter inovador da solução e validar o seu potencial junto de um público especializado. A feira abriu portas a uma visibilidade internacional muito difícil de alcançar de outra forma, permitindo testar o interesse comercial, recolher feedback direto de marcas e potenciar parcerias industriais.

Esta ação de divulgação traduziu-se num interesse imediato por parte de várias empresas e marcas, uma vez que resultou em pedidos de amostras que poderão evoluir para encomendas já no primeiro trimestre de 2026. Em termos práticos, esta participação confirmou que a solução tem mercado e que está alinhada com as tendências de inovação no setor do calçado.

Este desenvolvimento envolveu o PIEP, a Atlanta Steps e o CTCP. Como se articulou esta colaboração e quais foram as principais etapas até chegar aos protótipos apresentados?

A colaboração entre o PIEP, a Atlanta Steps e o CTCP foi muito facilitada pelo facto de estarmos perante um consórcio pequeno, ágil e tecnicamente complementar. Seguiu-se a metodologia de desenvolvimento de produto, mas com uma articulação muito próxima entre as equipas.

Tudo começou com uma fase de benchmarking, vigilância tecnológica e análise do estado da arte em biomimética, identificando referências e soluções já existentes no setor. Embora existam conceitos inspirados na natureza aplicados ao calçado, a maior parte permanece a nível conceptual e sem validação funcional, o que reforçou a necessidade de um desenvolvimento fundamentado e experimentalmente comprovado.

A partir daí, avançamos para a criação de conceitos geométricos, que foram avaliados tanto pelas suas caraterísticas funcionais, como estéticas. Após esta seleção, iniciou-se a etapa de modelação CAD e análise numérica, que permitiu estudar caraterísticas importantes para o conforto do utilizador, como a energia absorvida, rigidez e distribuição de pressões plantar. Esta fase foi essencial para antecipar resultados, reduzir riscos, minimizar custos de ferramentas e acelerar as iterações de desenvolvimento. Em paralelo, procedeu-se à seleção dos materiais e ao estudo da sua processabilidade em moldação por injeção, garantindo que as geometrias inspiradas na natureza seriam, de facto, industrializáveis.

Seguiu-se então a fase de prototipagem, conduzida em estreita colaboração com a Atlanta Steps, que produziu as primeiras peças piloto. Estes protótipos foram alvo de ensaios experimentais, cujos resultados foram correlacionados com a simulação, permitindo validar ou otimizar as soluções geométricas definidas.

Numa fase posterior, o CTCP conduziu os ensaios certificados, assegurando o cumprimento das normas aplicáveis ao segmento de calçado casual, incluindo testes de absorção de impacto, deslizamento, plataforma de forças.

Por fim, após validação técnica, avançou-se com o processo de proteção de propriedade intelectual e com a apresentação dos protótipos em estreia na Lineapelle.

Um dos pilares do projeto é a utilização de materiais mais sustentáveis, como o bio-TPU. Que vantagens apresenta este material e como foi integrado nas novas solas?

A integração de materiais mais sustentáveis, como o bio-TPU, foi um eixo central do projeto. A utilização deste polímero de origem parcialmente biológica permite reduzir a dependência de recursos fósseis e contribui para a redução da pegada de CO? das solas.  Estes resultados, atualmente em curso, começam a ser confirmados nas validações finais do produto.

Este material (bio-TPU) mantém as vantagens funcionais de TPU’s convencionais, pois trata-se de um material termoplástico, com boa processabilidade por injeção e reciclável por via mecânica. Esta caraterística foi particularmente importante, já que a Atlanta dispõe de capacidade interna para reciclagem e reintegração do material no seu processo produtivo.

Além disso, a conceção das solas em monomaterial facilita a sua reciclagem e está perfeitamente alinhada com as boas práticas de ecodesign. Este enquadramento permitiu desenvolver soluções inovadoras que conciliam desempenho, sustentabilidade e viabilidade industrial.

O estudo técnico baseou-se na biomimética, inspirando-se no miocárdio, nas teias de aranha e nos favos de mel. O que motivou esta seleção e que propriedades cada estrutura acrescentou?

A seleção destas estruturas surgiu após uma análise ao setor do calçado e ao estado da arte em biomimética, identificando formas e funções naturais que pudessem ser aplicadas para melhorar o conforto, sobretudo ao nível da dissipação de energia, absorção de impacto e redução de peso. Deste processo, destacaram-se inspirações como o miocárdio, cuja organização fibrosa orientada permite distribuir esforços e dissipar energia de forma bastante eficiente; teias de aranha, reconhecidas pela combinação excecional de elasticidade e resistência, ideal para melhorar a absorção de impacto; e os favos de mel, que apresentam uma geometria leve, estável e com excelente relação rigidez/peso.

Na zona frontal da sola foi aplicada a geometria inspirada no tecido do miocárdio. Que melhorias se verificaram em termos de dissipação de energia e resistência à compressão?

A geometria frontal inspirada no miocárdio melhorou a dissipação de energia, minimizando os picos de pressão, comparativamente ao baseline (modelo de referência). Esta análise foi efetuada numericamente e, em termos práticos, traduz-se em menor transmissão de choque ao antepé e melhor conforto na fase de apoio/propulsão.

O calcanhar, por ser a zona de maior impacto, recebeu a estrutura inspirada nas teias de aranha. Que resultados demonstraram os ensaios nesta área específica?

Na região do calcanhar o design da estrutura aplicado foi inspirado na geometria das teias de aranha. Estudos indicam que a resistência da teia de aranha não se deve somente ao material em que é produzido, a seda, mas também na sua geometria e design. Os ângulos, a distância entre os fios adjacentes e também algumas decorações que as aranhas fazem, afetam o desempenho não só para identificar pequenas vibrações para a captura de presas, como suportar o impacto de insetos e aves com maior envergadura. Com estes estudos perante a estrutura da teia, podemos afirmar que a sua integração na grade da sola é uma mais-valia devido à sua resistência ao impacto e distribuição de energia, permitindo que o calçado forneça um amortecimento superior e retorno de energia a cada passo.

Em termos de ensaios, através da análise das pressões plantares, observou-se uma redução significativa das pressões médias, particularmente no calcanhar (até -21%), comparativamente à solução baseline.

Os ensaios de energia de compressão mostraram valores significativamente superiores aos do baseline. Que implicações têm estes resultados para o desempenho do calçado?

Traduzem-se essencialmente na melhoria do conforto por parte do utilizador.

Os testes de absorção de impacto revelaram desacelerações inferiores ao limite recomendado e inferiores ao baseline. Estes resultados tornam as solas adequadas apenas para calçado casual ou também para segmentos como desporto ou segurança?

Neste caso os desenvolvimentos efetuados tinham em consideração os requisitos de uma sola de calçado casual. No entanto, estes estudos poderão ser transpostos para outros segmentos do calçado, mas necessitam de ensaios de acordo com as normas afetas a esses produtos.

O projeto desenvolve ainda biomateriais provenientes de casca de mexilhão, sílica da casca de arroz e outros subprodutos. Que potencial têm estes materiais para integração futura em solas ou componentes?

Nesta atividade apenas foram estudadas soluções em bio-TPU. As formulações destacadas foram desenvolvidas noutra atividade do BioShoes4All, em que o PIEP está a trabalhar com outra empresa do setor do calçado.

Que desafios técnicos enfrentaram na produção por injeção, especialmente quando aplicadas geometrias tão complexas e inspiradas na natureza?

Os principais desafios surgiram sobretudo na fase inicial, quando foi necessário mimetizar estruturas de escala microscópica e traduzi-las para geometrias funcionais à escala de uma sola. Esta etapa exigiu bastante trabalho de modelação e validação para garantir que as inspirações biomiméticas mantinham o seu efeito na aplicação real.

Já na fase produtiva, os desafios técnicos foram relativamente reduzidos, uma vez que as geometrias selecionadas e os materiais adotados se mostraram compatíveis com o processo de injeção, permitindo uma industrialização estável.

Atualizado a 11-12-2025 19:00