IT201600090630A1

IT201600090630A1 - FOOTWEAR INCLUDING A PIEZOELECTRIC SYSTEM FOR THE COLLECTION AND EXPLOITATION OF ENERGY

Info

Publication number: IT201600090630A1
Application number: IT102016000090630A
Authority: IT
Inventors: Hans Paul Pizzinini
Original assignee: Hans Paul Pizzinini
Priority date: 2016-09-07
Filing date: 2016-09-07
Publication date: 2018-03-07

Description

“CALZATURA COMPRENDENTE UN SISTEMA PIEZOELETTRICO PER LA RACCOLTA E LO SFRUTTAMENTO DI ENERGIA” "FOOTWEAR INCLUDING A PIEZOELECTRIC SYSTEM FOR THE COLLECTION AND EXPLOITATION OF ENERGY"

CAMPO DI APPLICAZIONE FIELD OF APPLICATION

La presente invenzione si riferisce ad una calzatura comprendente un sistema piezoelettrico per la raccolta e lo sfruttamento di energia. The present invention refers to a shoe comprising a piezoelectric system for the collection and exploitation of energy.

Più particolarmente, la presente invenzione si riferisce ad una calzatura, in particolare ad una soletta, all’interno della quale è racchiuso un circuito elettronico comprendente una serie di elementi piezoelettrici ed un microcontrollore programmabile tramite i quali risulta possibile, durante la camminata, trasformare energia meccanica in energia elettrica, accumulare la detta energia elettrica e quindi sfruttarla per differenti funzioni innovative. More particularly, the present invention refers to a shoe, in particular to an insole, inside which an electronic circuit is enclosed comprising a series of piezoelectric elements and a programmable microcontroller through which it is possible, during walking, to transform energy mechanics into electrical energy, accumulate said electrical energy and then exploit it for different innovative functions.

L’invenzione trova principale applicazione nel campo dell’elettronica applicata all’industria calzaturiera. The invention is mainly applied in the field of electronics applied to the footwear industry.

STATO DELLA TECNICA STATE OF THE TECHNIQUE

Sono noti nella tecnica alcuni tipi di calzatura che comprendono al proprio interno dei sistemi di accumulo e sfruttamento di energia. Certain types of footwear are known in the art which comprise energy storage and exploitation systems.

A titolo di esempio, il documento US 2006/0021261 A1 descrive un sistema di accumulo energia incorporato in una calzatura e comprendente un elemento piezoelettrico che, una volta attivato, consente all’utilizzatore della calzatura di accumulare energia dalla deformazione dell’elemento piezoelettrico. Tale documento utilizza un’azione flesso-estensoria dell’elemento piezoelettrico, accentuata da un aggancio meccanico che implica notevoli dimensioni di ingombro. L’utilizzo di elementi piezoelettrici in flesso-estensione implica necessariamente una resa di pochi mV in termini di tensione generata dal piezoelettrico, ciò che limita fortemente il possibile utilizzo dell’energia accumulata che non risulta assolutamente sufficiente ad alimentare una serie di moduli elettronici dedicati ad applicazioni innovative come ad esempio il massaggio del piede, la misurazione dell’impatto del piede con il terreno ed altre superfici, la ricarica di dispositivi tramite collegamento wireless ed altri ancora. Inoltre, il sistema secondo questo documento non appare essere modificabile non essendo dotato di alcun dispositivo di programmazione. Ancora, nel sistema secondo tale documento non esiste un posizionamento od una forma dell’elemento piezoelettrico che ne ottimizzi le funzioni. By way of example, document US 2006/0021261 A1 describes an energy storage system incorporated in a shoe and comprising a piezoelectric element which, once activated, allows the user of the shoe to accumulate energy from the deformation of the piezoelectric element. This document uses a flexion-extensor action of the piezoelectric element, accentuated by a mechanical coupling that implies considerable overall dimensions. The use of piezoelectric elements in flexion-extension necessarily implies a yield of a few mV in terms of voltage generated by the piezoelectric, which strongly limits the possible use of the accumulated energy which is absolutely not sufficient to power a series of electronic modules dedicated to innovative applications such as foot massage, measuring the impact of the foot with the ground and other surfaces, charging devices via wireless connection and more. Furthermore, the system according to this document does not appear to be modifiable since it is not equipped with any programming device. Furthermore, in the system according to this document there is no positioning or shape of the piezoelectric element that optimizes its functions.

DESCRIZIONE DELL’INVENZIONE DESCRIPTION OF THE INVENTION

La presente invenzione si riferisce ad una calzatura all’interno della quale è posizionato un sistema piezoelettrico per l’accumulo e lo sfruttamento di energia che consenta di superare gli inconvenienti e svantaggi tipici della tecnica nota, e di fornire quindi un sistema tramite il quale, in modo semplice ed affidabile, sia possibile accumulare durante la camminata una quantità di energia elettrica tale da poter alimentare una serie di differenti moduli elettronici aventi differenti finalità, come ad esempio il riscaldamento o il raffreddamento del piede, il massaggio del piede, il tracciamento della postura e della camminata, il tracciamento dell’appoggio del piede durante la corsa o altre attività sportive, la misurazione dell’impatto del piede con il terreno ed altre superfici, il tracciamento di un percorso, una velocità ed un dislivello, l’elettrostimolazione del piede, il ricaricamento via collegamento wireless di altri dispositivi, la messa in opera di terapia ad onde d’urto, l’utilizzo della calzatura come badge marcabile da opportuni sistemi riceventi. The present invention refers to a shoe inside which a piezoelectric system is positioned for the accumulation and exploitation of energy which allows to overcome the drawbacks and disadvantages typical of the known art, and therefore to provide a system through which, in a simple and reliable way, it is possible to accumulate during the walk an amount of electricity such as to be able to power a series of different electronic modules with different purposes, such as for example the heating or cooling of the foot, the foot massage, the tracking of the posture and walking, the tracking of the foot support during running or other sports activities, the measurement of the impact of the foot with the ground and other surfaces, the tracking of a path, a speed and a difference in height, the electrostimulation of the foot, recharging via wireless connection of other devices, the implementation of shock wave therapy, the use of footwear as a badge that can be marked by appropriate receiving systems.

Ciò è ottenuto mediante una calzatura comprendente un sistema piezoelettrico per la raccolta e lo sfruttamento di energia avente le caratteristiche descritte alla rivendicazione 1. Le rivendicazioni dipendenti delineano forme di realizzazione particolarmente vantaggiose della calzatura secondo l’invenzione. This is achieved by means of a shoe comprising a piezoelectric system for the collection and exploitation of energy having the characteristics described in claim 1. The dependent claims outline particularly advantageous embodiments of the shoe according to the invention.

La calzatura secondo la presente invenzione comprende una soletta, generalmente racchiusa tra due elementi di base multistrato, all’interno della quale è ricavato un incavo in cui è posizionato un circuito elettronico comprendente almeno una serie di elementi piezoelettrici, un microcontrollore programmabile ed una batteria, oltre che una serie di componenti elettronici necessari al corretto funzionamento del circuito elettronico. Il funzionamento del microcontrollore programmabile è determinato da un opportuno telecomando azionato dall’utilizzatore. The shoe according to the present invention comprises an insole, generally enclosed between two multilayer base elements, inside which a recess is made in which an electronic circuit is positioned comprising at least a series of piezoelectric elements, a programmable microcontroller and a battery, as well as a series of electronic components necessary for the correct functioning of the electronic circuit. The operation of the programmable microcontroller is determined by an appropriate remote control operated by the user.

Grazie a questa architettura risulta possibile utilizzare la calzatura secondo la presente invenzione per una pluralità di scopi ed utilizzi superando di fatto tutte le soluzioni già note nella tecnica. Thanks to this architecture it is possible to use the shoe according to the present invention for a plurality of purposes and uses, effectively overcoming all the solutions already known in the art.

ILLUSTRAZIONE DEI DISEGNI ILLUSTRATION OF DRAWINGS

Altre caratteristiche e vantaggi dell’invenzione risulteranno evidenti, alla lettura della descrizione seguente di una forma di realizzazione dell’invenzione, fornita a titolo esemplificativo, non limitativo, con l'ausilio dei disegni illustrati nelle tavole allegate, in cui: Other features and advantages of the invention will become evident upon reading the following description of an embodiment of the invention, provided by way of non-limiting example, with the aid of the drawings illustrated in the attached tables, in which:

- la figura 1 illustra, in vista prospettica schematica, un esempio di realizzazione di una soletta per calzatura dotata di incavi per l’alloggiamento di un sistema secondo la presente invenzione; - Figure 1 illustrates, in a schematic perspective view, an example of realization of a shoe insole equipped with recesses for housing a system according to the present invention;

- la figura 2 illustra una vista in pianta della soletta di figura 1; Figure 2 shows a plan view of the insole of Figure 1;

- la figura 3 illustra, in sezione laterale schematica, la disposizione di elementi piezoelettrici all’interno di una soletta per calzatura conforme all’invenzione; - Figure 3 illustrates, in schematic side section, the arrangement of piezoelectric elements within a shoe insole according to the invention;

- la figura 4 illustra uno schema elettrico di circuito elettronico utilizzabile nella soletta secondo la presente invenzione; - figure 4 illustrates an electric diagram of an electronic circuit which can be used in the base according to the present invention;

- la figura 5 illustra una vista in pianta schematica di una soletta per calzatura all’interno della quale è alloggiato un circuito elettronico per un’applicazione mirante ad effettuare il riscaldamento della parte anteriore della calzatura. - Figure 5 illustrates a schematic plan view of a shoe insole which houses an electronic circuit for an application aimed at heating the front part of the shoe.

DESCRIZIONE DI UNA FORMA DI REALIZZAZIONE DELL’INVENZIONE Nelle figure 1 e 2, una soletta 10 per calzatura è realizzata in materiale polimerico ed è dotata di una serie di incavi 11, 12, 13 realizzati all’interno del proprio spessore, atti ad alloggiare componenti elettronici ed elettromeccanici come verrà nel seguito più dettagliatamente descritto con riferimento alla figura 5. DESCRIPTION OF AN EMBODIMENT OF THE INVENTION In Figures 1 and 2, an insole 10 for footwear is made of polymeric material and is equipped with a series of recesses 11, 12, 13 made within its own thickness, suitable for housing components electronic and electromechanical as will be described in greater detail below with reference to Figure 5.

Sopra e/o sotto alla soletta 10 può essere disposto un materiale multistrato 14 la composizione del quale è illustrata in sezione laterale schematica nella figura 3. Scopo della presenza di tale materiale multistrato è quello di fornire al piede comfort e buona camminabilità. A multilayer material 14 can be arranged above and / or below the insole 10, the composition of which is illustrated in schematic side section in Figure 3. The purpose of the presence of this multilayer material is to provide the foot with comfort and good walkability.

In particolare, il materiale multistrato 14 comprende, dal basso verso l’alto nella figura, un primo strato 15 in materiale relativamente rigido (come, ad esempio, un materiale cartonato, cuoio e suoi derivati, cuoio rigenerato, gomma, PVC, kevlar ecc.), una prima serie di elementi piezoelettrici (piezo-buzzer) 16 racchiusi tra una prima coppia di strati 17, 18 in materiale relativamente morbido (come, ad esempio, EVA, silicone, materiali schiumosi a memoria di forma, lattice, polietilene, poliuretano, gel balistico, phylon ecc.) un secondo strato 19 in materiale relativamente rigido, una seconda serie di elementi piezoelettrici (piezo-buzzer) 20 racchiusi tra una seconda coppia di strati 21, 22 in materiale relativamente morbido, ed infine un terzo strato 23 in materiale relativamente rigido. In particular, the multilayer material 14 comprises, from the bottom upwards in the figure, a first layer 15 of relatively rigid material (such as, for example, a cardboard material, leather and its derivatives, regenerated leather, rubber, PVC, Kevlar etc. .), a first series of piezoelectric elements (piezo-buzzers) 16 enclosed between a first pair of layers 17, 18 made of relatively soft material (such as, for example, EVA, silicone, shape memory foam materials, latex, polyethylene, polyurethane, ballistic gel, phylon, etc.) a second layer 19 in relatively rigid material, a second series of piezoelectric elements (piezo-buzzer) 20 enclosed between a second pair of layers 21, 22 in relatively soft material, and finally a third layer 23 made of relatively rigid material.

Come di per sé noto nella tecnica, gli elementi piezoelettrici 16, 20 sono dei trasduttori i quali, meccanicamente sollecitati a compressione, torsione e flessione durante la camminata, generano una serie di impulsi elettrici aventi forme d’onda instabili. As per se known in the art, the piezoelectric elements 16, 20 are transducers which, mechanically stressed by compression, torsion and bending during walking, generate a series of electrical impulses having unstable waveforms.

Ora, con riferimento al circuito elettronico illustrato nella figura 4, in generale quattro elementi piezoelettrici 16, 16’, 20, 20’ generano impulsi elettrici aventi forme d’onda instabili che vengono raddrizzate da un ponte di diodi 24 per successivamente caricare un condensatore 25 disposto in parallelo ai morsetti di una batteria 26, la presenza del condensatore 25 garantendo che la carica della batteria 26 sia costante. Now, with reference to the electronic circuit illustrated in Figure 4, in general four piezoelectric elements 16, 16 ', 20, 20' generate electrical pulses having unstable waveforms which are rectified by a diode bridge 24 to subsequently charge a capacitor 25 arranged in parallel to the terminals of a battery 26, the presence of the capacitor 25 ensuring that the charge of the battery 26 is constant.

Ancora, un regolatore di tensione 27 posto a valle della batteria 26 mantiene regolata la tensione della batteria 26 stessa per mantenerla costantemente nel campo di funzionamento di esercizio di un microcontrollore programmabile 28, esercitando l’ulteriore funzione di disaccoppiare il detto microcontrollore dalla batteria 26 proteggendolo quindi da eventuali picchi di corrente spuri. Furthermore, a voltage regulator 27 located downstream of the battery 26 keeps the voltage of the battery 26 itself regulated in order to keep it constantly in the operating operating range of a programmable microcontroller 28, exercising the further function of decoupling said microcontroller from the battery 26 protecting it therefore from any spurious current peaks.

Secondo questa forma di realizzazione, il microcontrollore viene a sua volta controllato tramite un telecomando (non illustrato) che comanda il funzionamento di una coppia di relais 29, 30 per l’alimentazione di un carico 31 posto a valle. Simultaneamente, il microcontrollore 28 fornisce un segnale di ritorno o feedback al telecomando, in questo caso tramite un dispositivo ad infrarossi 32. Infine, un potenziometro o trimmer 33 regola l’intensità di corrente sul carico 31 a seconda del tipo di carico che viene utilizzato. According to this embodiment, the microcontroller is in turn controlled by a remote control (not shown) which controls the operation of a pair of relays 29, 30 for powering a load 31 located downstream. Simultaneously, the microcontroller 28 provides a return or feedback signal to the remote control, in this case via an infrared device 32. Finally, a potentiometer or trimmer 33 adjusts the intensity of the current on the load 31 according to the type of load that is used. .

In maggiore dettaglio, e con riferimento ad una forma di realizzazione particolare, per l’ottenimento di una soletta 10 in grado di riscaldare il piede dell’utilizzatore, gli elementi piezoelettrici 16, 16’, 20, 20’ sono generalmente costituiti da elementi di taglio “L” (large), in grado di generare, in particolare ove azionati a compressione dalla camminata, per ogni ciclo di carico delle tensioni alternate comprese tra 7V e 18V. In particolare, esperimenti condotti dal richiedente hanno potuto dimostrare l’ottima efficacia di elementi piezoelettrici di tipo ceramico (con elemento circolare di raggio 2cm e spessore 1,4mm su supporto di ottone), formati da cristalli di piombo-titanato-zirconato (PTZ) atti a mantenere in carica una batteria da 1100 mAh. In greater detail, and with reference to a particular embodiment, for obtaining an insole 10 capable of heating the user's foot, the piezoelectric elements 16, 16 ', 20, 20' are generally constituted by elements of “L” cut (large), capable of generating alternating voltages between 7V and 18V for each load cycle. In particular, experiments conducted by the applicant were able to demonstrate the excellent effectiveness of ceramic piezoelectric elements (with a circular element with a radius of 2cm and a thickness of 1.4mm on a brass support), formed by lead-titanate-zirconate (PTZ) crystals. designed to keep a 1100 mAh battery charged.

Si tratta qui di una delle possibili forme di realizzazione, in quanto sulla base degli insegnamenti della presente invenzione risulta possibile caricare e mantenere in carica batterie di capacità anche maggiori rispetto a quella sopra indicata. Allo stesso modo, per altre forme di realizzazione, si potranno utilizzare degli elementi piezoelettrici aventi forme e dimensioni e capacità differenti rispetto a quelli più sopra descritti, a seconda delle applicazioni previste. This is one of the possible embodiments, since on the basis of the teachings of the present invention it is possible to charge and maintain batteries of even greater capacity than the one indicated above. Similarly, for other embodiments, it is possible to use piezoelectric elements having different shapes and dimensions and capacities with respect to those described above, according to the foreseen applications.

Il ponte di diodi 24 si comporta da raddrizzatore classico a doppia semionda, ribaltando la parte negativa delle tensioni generate dagli elementi piezoelettrici 16, 16’, 20, 20’ in semionde positive, lasciando inalterate quelle positive. Il segnale viene quindi filtrato e livellato dal condensatore elettrolitico 25, che fornisce quindi una tensione di uscita non superiore a 4,2V nel caso di batteria 26 a singola cella oppure 8,4V nel caso di batteria 26 a doppia cella. Tale tensione mantiene sotto carica costante la batteria 26 posta a valle del condensatore 25.Ora, a valle della batteria 26 esiste un collegamento con il carico 31, che in questo caso è costituito da un elemento riscaldante. Tale collegamento avviene mediante due percorsi passanti per i due relais 29, 30. Il microcontrollore 28 si occupa di attivare i relais singolarmente, ed in questo modo la corrente percorre o un primo percorso (tramite il relais 30) verso il carico 31, passando attraverso il potenziometro 33, regolato per ridurne il flusso e quindi la temperatura, oppure arrivando direttamente al carico (tramite il relais 29), per avere il massimo della temperatura possibile. The diode bridge 24 acts as a classic double half-wave rectifier, overturning the negative part of the voltages generated by the piezoelectric elements 16, 16 ', 20, 20' in positive half-waves, leaving the positive ones unchanged. The signal is then filtered and leveled by the electrolytic capacitor 25, which therefore provides an output voltage not exceeding 4.2V in the case of a single-cell battery 26 or 8.4V in the case of a double-cell battery 26. This voltage keeps the battery 26 located downstream of the condenser 25 under constant charge. Now, downstream of the battery 26 there is a connection with the load 31, which in this case consists of a heating element. This connection occurs by means of two paths passing through the two relays 29, 30. The microcontroller 28 is responsible for activating the relays individually, and in this way the current travels either a first path (via the relay 30) towards the load 31, passing through the potentiometer 33, adjusted to reduce the flow and therefore the temperature, or by reaching the load directly (through the relay 29), to obtain the maximum possible temperature.

Spegnendo entrambi i relais, il dispositivo resta in standby. Si noti che il sistema di ricarica resta sempre e comunque attivo, la tensione sempre compresa tra i 3,7V ed i 4,2V per singola cella e tra 7,4V e 8,4V per doppia cella, ciò che garantisce che le celle non vadano mai al di sotto del 65% della loro carica. Sulla base di tali insegnamenti risulterà anche possibile utilizzare batterie aventi un numero superiore di celle. By turning off both relays, the device remains in standby. Note that the recharging system is always active, the voltage always between 3.7V and 4.2V for single cell and between 7.4V and 8.4V for double cell, which guarantees that the cells do not never go below 65% of their charge. On the basis of these teachings it will also be possible to use batteries having a higher number of cells.

Con riferimento alla figura 5, si può notare come nella soletta 10 trovano alloggio tutti gli elementi sopradescritti. Si può infatti notare la presenza del ponte raddrizzatore 24, del condensatore 25, della batteria 26, del regolatore di tensione 27, del microcontrollore programmabile 28, dei due relais 29, 30, del carico (resistenza riscaldante) 31 e del ricevitore ad infrarossi 32. E’ inoltre importante annotare come la soletta 10 sia dotata, nella sua zona centrale, di un’area di maggiore flessibilità FLEX, allo scopo di consentire il corretto movimento del piede. Il materiale costitutivo della detta zona FLEX è generalmente lo stesso dello strato relativamente morbido più sopra descritto. Esso è pertanto costituito, ad esempio, da EVA, silicone, materiali schiumosi a memoria di forma, lattice, polietilene, poliuretano, gel balistico, phylon ecc. With reference to Figure 5, it can be seen that all the elements described above are housed in the slab 10. It can in fact be noted the presence of the rectifier bridge 24, the capacitor 25, the battery 26, the voltage regulator 27, the programmable microcontroller 28, the two relays 29, 30, the load (heating resistor) 31 and the infrared receiver 32 It is also important to note how the insole 10 is equipped, in its central area, with an area of greater flexibility FLEX, in order to allow the correct movement of the foot. The constituent material of said FLEX zone is generally the same as the relatively soft layer described above. It is therefore made up, for example, of EVA, silicone, memory foam materials, latex, polyethylene, polyurethane, ballistic gel, phylon, etc.

In ogni caso, la presenza di uno o più degli elementi multistrato sopra e/o sotto la detta soletta deve intendersi puramente opzionale, in quanto sono previste forme di realizzazione secondo le quali tali elementi multistrato non sono presenti e gli elementi piezoelettrici si appoggiano direttamente sulla soletta o sulla suola della calzatura. In any case, the presence of one or more of the multilayer elements above and / or below the said slab must be considered purely optional, since embodiments are provided according to which these multilayer elements are not present and the piezoelectric elements rest directly on the insole or on the sole of the shoe.

Appare chiaro che, rispetto alle soluzioni note nella tecnica, la calzatura secondo la presente invenzione presenta un’importante innovazione costituita dalla presenza di un microcontrollore programmabile inserito all’interno della soletta ed alimentato da una tensione costante generata dalla camminata dell’utente tramite gli elementi piezoelettrici che caricano la batteria, anch’essa contenuta all’interno della soletta. Sebbene la forma di realizzazione più sopra descritta si riferisca ad un’applicazione per il semplice riscaldamento del piede, appare evidente che grazie alla presenza del microcontrollore e della relativa batteria all’interno della soletta il campo di applicazione dell’invenzione si apre ad una lunga serie di applicazioni che rientrano tutte all’interno degli scopi della presente invenzione. It is clear that, with respect to the solutions known in the art, the shoe according to the present invention has an important innovation consisting of the presence of a programmable microcontroller inserted inside the insole and powered by a constant voltage generated by the user's walk through the elements piezoelectric that charge the battery, which is also contained within the insole. Although the embodiment described above refers to an application for the simple heating of the foot, it is evident that thanks to the presence of the microcontroller and the relative battery inside the insole the field of application of the invention opens to a long series of applications which all fall within the scope of the present invention.

Infatti, secondo una prima variante di realizzazione vantaggiosa dell’invenzione, la soletta viene utilizzata per raffreddare il piede. In questo caso risulta possibile inserire all’interno della soletta delle griglie di sfiato (ad esempio delle griglie a memoria di forma che variano le proprie dimensioni a seconda del carico meccanico al quale sono sottoposte) ed una ventola alimentata dalla batteria, oppure una cella di Peltier. In fact, according to a first advantageous embodiment variant of the invention, the insole is used to cool the foot. In this case it is possible to insert inside the slab some vent grilles (for example shape memory grids that vary in size according to the mechanical load to which they are subjected) and a fan powered by the battery, or a storage cell. Peltier.

Conformemente ad una seconda variante di realizzazione vantaggiosa dell’invenzione, la calzatura può essere dotata di attuatori vibranti con volano disassato a 5V (sul tipo di quelli utilizzati per ottenere la vibrazione sui telefoni cellulari), dislocati nei punti di maggiore accumulo di stress sul piede. In questo caso viene realizzato un effetto massaggiante sul piede durante la camminata. According to a second advantageous embodiment variant of the invention, the shoe can be equipped with vibrating actuators with 5V offset flywheel (on the type of those used to obtain the vibration on mobile phones), located in the points of greatest accumulation of stress on the foot. . In this case, a massaging effect is achieved on the foot while walking.

Secondo una terza variante di realizzazione vantaggiosa dell’invenzione, risulta possibile tracciare la postura e la camminata, come pure l’appoggio del piede durante la corsa o altre attività sportive, e/o misurare l’impatto alla camminata. In questo caso nella soletta viene posizionata una matrice bidimensionale di sensori di pressione capacitivi (cmut) oppure resistivi (celle di carico e piezoelettrici), come nei pad podometrici. According to a third advantageous embodiment variant of the invention, it is possible to track posture and walking, as well as foot support during running or other sports activities, and / or measure the impact on walking. In this case, a two-dimensional matrix of capacitive (cmut) or resistive (load cells and piezoelectric) pressure sensors is positioned in the insole, as in the podometric pads.

Secondo una quarta variante di realizzazione vantaggiosa dell’invenzione, è previsto l’inserimento di un modulo GPS e di accelerometri di posizione all’interno della soletta oppure all’interno della calzatura. In questo caso tramite la calzatura è possibile tracciare il percorso, la velocità ed il dislivello. According to a fourth variant of advantageous embodiment of the invention, the insertion of a GPS module and position accelerometers inside the insole or inside the shoe is envisaged. In this case it is possible to trace the path, speed and height difference using the shoe.

Secondo una quinta variante di realizzazione dell’invenzione, gli stessi morsetti di potenza del microcontrollore interagiscono con elettrodi dislocati sulla superficie della soletta. In questo modo viene effettuata una elettrostimolazione del piede tramite impulsi a corrente controllata (ad esempio a 5V – 20mA). According to a fifth embodiment variant of the invention, the same power terminals of the microcontroller interact with electrodes located on the surface of the insole. In this way an electrostimulation of the foot is carried out by means of controlled current pulses (for example at 5V - 20mA).

Conformemente ad una sesta variante di realizzazione dell’invenzione, il microcontrollore viene interfacciato con un generatore di forme d’onda. In questo caso, mediante una coppia di piastre sulla superficie, viene effettuata una terapia ad onde d’urto a bassa intensità. In accordance with a sixth variant of the invention, the microcontroller is interfaced with a waveform generator. In this case, a low intensity shock wave therapy is performed by means of a pair of plates on the surface.

Secondo una settima variante di realizzazione dell’invenzione, un tag attivo viene inserito nella soletta. In questo caso l’intera calzatura diviene un badge marcabile da sistemi riceventi. According to a seventh variant of the invention, an active tag is inserted in the insole. In this case, the entire shoe becomes a badge that can be marked by receiving systems.

Ancora, secondo una ottava variante di realizzazione dell’invenzione, disponendo un accelerometro nella soletta ed interfacciando la calzatura con uno speaker o con una cuffia acustica, la calzatura diviene un contapassi parlante o comunque emette suoni durante il movimento. Allo stesso modo, aggiungendo inoltre un modulo GPS o RFID, la scarpa si trasforma in un cronometro parlante. Furthermore, according to an eighth variant of the invention, by placing an accelerometer in the insole and interfacing the shoe with a speaker or with an acoustic headset, the shoe becomes a speaking pedometer or in any case emits sounds during movement. Likewise, by adding a GPS or RFID module, the shoe turns into a talking stopwatch.

Infine, secondo una interessante variante di realizzazione dell’invenzione, disponendo un circuito base ed un’antenna super-avvolta per ricarica wireless (ed eventualmente dotando la calzatura di un connettore USB) la calzatura diviene un dispositivo automatico per la ricarica di dispositivi durante la camminata, in particolare di telefoni cellulari. Finally, according to an interesting embodiment of the invention, by arranging a basic circuit and a super-wound antenna for wireless charging (and possibly equipping the shoe with a USB connector), the shoe becomes an automatic device for charging devices during walking, especially mobile phones.

Per quanto riguarda la comunicazione tra utente e soletta, l’esempio di realizzazione sopra descritto prevede l’utilizzo di un sistema a raggi infrarossi IR. Tuttavia, tale comunicazione non si limita a tale sistema, e può essere agevolmente realizzata tramite un modulo bluetooth, oppure un modulo radio a frequenza fissa, oppure un modulo XBEE, oppure un modulo wireless oppure GPRS-UMTS oppure NFC. As for the communication between the user and the insole, the example of implementation described above involves the use of an infrared IR system. However, this communication is not limited to this system, and can easily be achieved through a bluetooth module, or a fixed frequency radio module, or an XBEE module, or a wireless module or GPRS-UMTS or NFC.

Tutte queste varianti rientrano negli scopi dell’invenzione, nei limiti di quanto descritto nelle rivendicazioni che seguono. All these variants fall within the scope of the invention, within the limits of what is described in the following claims.

Claims

CLAIMS 1. Footwear comprising a piezoelectric system for the collection and exploitation of energy, said shoe having an insole (10) equipped with a series of recesses (11, 12, 13) for housing electronic components and a series of elements piezoelectric (16, 16 ', 20, 20') suitable for transforming the mechanical energy generated by compression, torsion and bending during walking into an alternating voltage electrical signal, in which said sole (10) houses straightening means (24 ), filtering and leveling (25) and a battery (26), as well as an electrical load (31) powered from the said battery (26), characterized in that the said slab also houses a programmable microcontroller (28) constantly powered by the said battery (26) is equipped with communication means (32) with an interface external to the shoe, and by the fact that said programmable microcontroller (28) is connected across the load (31) for electrical power supply ca of the same as well as for the execution of predetermined functions.

2. Footwear according to claim 1, characterized by the fact that at least one relay (29, 30) is housed inside the insole (10) and connected between said programmable microcontroller (28) and the load (31).

3. Footwear according to claim 2, characterized in that a potentiometer (33) is connected between a relay (30) and the load (31).

4. Footwear according to one of the preceding claims, characterized in that said piezoelectric elements (16, 16 ', 20, 20') consist of ceramic piezoelectric elements with lead titanate zirconate crystals (PTZ).

5. Footwear according to claim 4, characterized by the fact that said piezoelectric ceramic elements (16, 16 ', 20, 20') are of "L" cut, that is, they have a circular shape with a radius of approximately 2cm and a thickness of 1.4mm on brass support.

6. Footwear according to one of the preceding claims, characterized in that at least one multilayer element (14) is arranged above and / or under said insole, inside which said piezoelectric elements (16, 16 ', 20, 20 are housed) ').

7. Footwear according to claim 6, characterized in that said piezoelectric elements (16, 16 ', 20, 20') are contained in said multilayer element (30) between two layers (17, 18; 21, 22) of material relatively soft in turn delimited by two layers (15, 19; 23, 19) of relatively rigid material.

8. Footwear according to one of the preceding claims, characterized in that said insole (10) has a flexible central area (FLEX) made of relatively soft material which allows easy movement of the foot on site.

9. Footwear according to one of the preceding claims, characterized in that said load (31) consists of a heating resistor, or a fan or a Peltier cell, or vibrating actuators, or a two-dimensional array of capacitive or resistive pressure sensors , or a GPS module and / or at least an accelerometer, or a series of electrodes for electrostimulation, or a waveform generator, or an active tag, or a speaker or a base circuit and an antenna for wireless charging of electronic devices.

10. Footwear according to one of the preceding claims, characterized in that said communication means (32) with an interface external to the shoe comprise an infrared module, or a Bluetooth module, or a fixed frequency radio module, or an XBEE module , or a wireless module or GPRS-UMTS or NFC.