Research article
Structural analysis of generative design applied to ergonomic plantar
orthoses
Análisis estructural del diseño generativo aplicado a órtesis plantares ergonómicas
Christian Enrique Nava-Alcantar1, Agustín Vidal-Lesso2, Marco Antonio Martínez-Bocanegra3, Luis
Ángel Ortiz-Lango4, Juan Carlos García-Valadez4, Sergio Alonso Romero5, Israel Miguel-Andrés4
1Posgrado PICYT, Centro de Innovación Aplicada en Tecnologías Competitivas, León 37545, Guanajuato, México.
2Mechanical Engineering Department, Universidad de Guanajuato, Salamanca, 36885, Guanajuato, México.
3TecNM: Instituto Tecnológico Superior del Sur de Guanajuato, Uriangato, 38982, Guanajuato, México.
4Laboratorio Nacional CONAHCYT en Biomecánica del Cuerpo Humano, CIATEC, León, 37545, Guanajuato, México.
5Dirección de Investigación y Soluciones Tecnológicas, CIATEC, León, 37545, Guanajuato, México.
Corresponding author: Israel Miguel-Andrés; Laboratorio Nacional CONAHCYT en Biomecánica del Cuerpo Humano, CIATEC, León,
37545, Guanajuato, México; imiguel@ciatec.mx; https://orcid.org/0000-0002-9433-7864.
Received: March 9, 2026 Accepted: May 19, 2026 Published: May 22, 2026
Abstract. - Plantar orthoses are devices designed to provide support and correct the biomechanics of the foot. Generative
design offers ample potential for personalization; however, the analysis of its structural behavior continues to be a significant
challenge. This research aims to evaluate the structural optimization of orthoses designed by generative design compared to
traditional models. An analysis of 33 middle-aged adult men classified as normal weight, with an average weight of 65.32 ±
6.79 kg, was performed using a baropodometric database. An optimized orthosis was designed by parametric modeling to
evaluate its mechanical response in static standing conditions, using the finite element method with the TPU A95 material. The
results indicated that the trabecular structures produced by generative design absorb more energy (0.3876 J) than a
bilaminated orthosis made with EVA A40 and A15 materials (0.0362 J). The levels of deformation obtained (maximum principal
strain = 1.34%, equivalent elastic strain = 2.14%) indicate that the composition of the generative model works well within the
elastic regime, ensuring structural integrity. However, the low strain and strain energy values suggest relatively rigid behavior,
which can limit the shock absorption capacity. The main contribution of this work is to demonstrate how generative design can
be integrated into methodologies for designing plantar orthotics. It explores the potential benefits of this approach and
examines how generative design parameters influence mechanical responses. This research provides a technical foundation
for optimizing ergonomic orthoses through generative design and structural modeling. The findings emphasize the potential of
generative design in creating optimized orthoses and highlight the significance of design parameters on the outcomes achieved.
This insight is valuable for future applications of generative design in the field of ergonomics.
Keywords: Finite element analysis; Generative design; Ergonomics; Elastomeric materials.
Resumen. - Las órtesis plantares son dispositivos diseñados para proporcionar soporte y corregir la biomecánica del pie. El
diseño generativo ofrece un gran potencial para la personalización; sin embargo, el análisis de su comportamiento estructural
continúa siendo un desafío significativo. Este estudio tiene como objetivo evaluar la optimización estructural de órtesis
diseñadas mediante diseño generativo en comparación con los modelos tradicionales. Se realizó un análisis de 33 hombres
adultos de mediana edad clasificados como normopeso, con un peso promedio de 65.32 ± 6.79 kg a partir de una base de datos
de baropodometría. Se diseñó mediante modelado paramétrico una órtesis optimizada para evaluar su respuesta mecánica en
condiciones de bipedestación estática, utilizando el método de elementos finitos con el material TPU A95. Los resultados
indicaron que las estructuras trabeculares producidas mediante diseño generativo absorben más energía (0.3876 J) que una
órtesis bilaminada confeccionada con materiales EVA A40 y A15 (0.0362 J). Los niveles de deformación obtenidos
(deformación principal máxima = 1.34%, deformación elástica equivalente = 2.14%) indican que la composición del modelo
generativo funciona bien dentro del régimen elástico, asegurando la integridad estructural. Sin embargo, los bajos valores de
deformación y energía de deformación sugieren un comportamiento relativamente rígido, lo que puede restringir la capacidad
de absorción de impactos. La principal contribución de este estudio es demostrar cómo el diseño generativo puede integrarse
en metodologías para diseñar órtesis plantares. Explora los posibles beneficios de este enfoque y examina cómo los parámetros
generativos del diseño influyen en las respuestas mecánicas. Esta investigación proporciona una base técnica para optimizar
las órtesis ergonómicas mediante modelado estructural y diseño generativo. Los hallazgos subrayan el potencial del diseño
generativo para crear órtesis optimizadas y destacan la importancia de los parámetros de diseño en los resultados alcanzados.
Esta información es valiosa para futuras aplicaciones del diseño generativo en el campo de la ergonomía.
Palabras clave: Análisis de elementos finitos; Diseño generativo; Ergonomía; Materiales elastoméricos.