現(xiàn)代運(yùn)動鞋科技創(chuàng)新研究綜述

   隨著社會經(jīng)濟(jì)和科技的發(fā)展，運(yùn)動鞋的內(nèi)涵已不斷擴(kuò)大。運(yùn)動不僅在競技場上如火如荼的演繹，更是滲入大眾的業(yè)余休閑生活中?，F(xiàn)代科技作用于體育裝備，可以促使運(yùn)動效果更為顯著，運(yùn)動水平更為優(yōu)秀。因此，作為最基礎(chǔ)的運(yùn)動裝備——運(yùn)動鞋已實(shí)實(shí)在在地滲透到每一項(xiàng)體育運(yùn)動中。廣義上的運(yùn)動鞋（包括專業(yè)運(yùn)動鞋和普通運(yùn)動鞋）在一些體育和經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)國家的鞋類消費(fèi)總量中已占1/3?，F(xiàn)代運(yùn)動鞋已不只是滿足耐用舒適的功用，而是從不同運(yùn)動中尋找運(yùn)動特點(diǎn)、最佳防震性能和最佳穩(wěn)定性。其中運(yùn)動鞋的防震體系又成為眾多要素中的焦點(diǎn)問題。

    一、運(yùn)動防震鞋的種類及生物力學(xué)分析

    1.材料的力學(xué)特性

    制鞋材料的力學(xué)特性包括彈性、質(zhì)量和強(qiáng)度等。特別是鞋底的前腳掌部分材料和防震體系材料的彈性對跑、跳等活動將產(chǎn)生很大的影響。在蹬地時相，材料受到?jīng)_擊載荷的作用，將被壓縮。落地緩沖時相，材料又受到?jīng)_擊而再次壓縮。其力學(xué)意義有兩個方面：（1）由于鞋底為地面與人體之間的中間體，因而對人體而言，由于鞋底的彈性，地面對人體的沖擊力將得到有效的緩沖。可使下肢肌群退讓性工作適當(dāng)減少，以利于后蹬階段肌群的克制性工作。（2）從能量轉(zhuǎn)換的角度分析，由于彈性，可儲存部分彈性勢能，實(shí)現(xiàn)能量的二次利用，增加后蹬時的后蹬力。

    鞋的質(zhì)量大小亦對運(yùn)動能力產(chǎn)生影響，鞋是人體的附加物，鞋的質(zhì)量越大，在運(yùn)動過程中消耗的能量累積也越大，在保證足部運(yùn)動安全保護(hù)的前提下，適當(dāng)減小鞋重是非常有效的。耐克公司為百米女飛人瓊斯特別設(shè)計(jì)的無后跟跑鞋就應(yīng)證了這一點(diǎn)。

    2.鞋足系統(tǒng)的整和性

    鞋足系統(tǒng)的整和性主要指鞋的內(nèi)部結(jié)構(gòu)、形狀與人體足部結(jié)構(gòu)與形狀的匹配問題。特別是運(yùn)動時足部的變形特點(diǎn)以及蹬離和落地方式不同，從而對鞋內(nèi)不同部分的作用力有顯著的運(yùn)動項(xiàng)目特征和人體個性特征。另外，為了使運(yùn)動時蹬伸更有力，落地緩沖時足部受壓更小，鞋子防震體系設(shè)計(jì)往往越來越復(fù)雜，但這就容易增加增加鞋底的高度，使得鞋足之間的穩(wěn)定性下降從而使足部受到運(yùn)動創(chuàng)傷。最后，在運(yùn)動時鞋內(nèi)部的溫度也影響運(yùn)動員的舒適感，因?yàn)檫\(yùn)動時足部釋放大量的熱和汗，一般性運(yùn)動時，足每小時產(chǎn)生15毫升左右的汗水，劇烈運(yùn)動時，足每小時產(chǎn)生30毫升左右的汗水。如果制鞋材料的透氣性不佳，熱和汗將無法及時散開而造成水泡、腳蘚等疾病。鞋足系統(tǒng)如果在以上提及的任何一處不協(xié)調(diào)，都將影響運(yùn)動鞋的舒適感，進(jìn)而對運(yùn)動動作結(jié)構(gòu)產(chǎn)生不利影響從而影響成績。此外就是能量回歸，運(yùn)動中當(dāng)腳落地沖擊地面時，鞋通過受壓變形而吸收能量，當(dāng)人舉步離地時鞋又能將能量回輸給穿鞋人，此稱為“能量回輸”，這種能量回輸能強(qiáng)化動作，使跑步更快，跳躍更高，人更省力。根據(jù)這一理論，要求鞋底具有雙重特性——減震和回彈。

    3.運(yùn)動防震鞋的種類及力學(xué)分析

    (1)美國最大運(yùn)動品牌——耐克（NIKE）

    AIRMAX氣墊防震系統(tǒng)是以高壓方式將一種特殊氣體灌入一個堅(jiān)韌合成的橡膠層內(nèi)，氣墊中的氣體不會因外來沖擊力而流失，氣墊內(nèi)不同壓力的氣室，提供不同MAXAIR，針對不同運(yùn)動的需要。ZOOMAIR氣墊防震系統(tǒng)是氣室內(nèi)放置彈性功能佳的尼龍立體織物，沒有任何接縫，表面光滑。能使腳更貼近地面，以降低重心增加穩(wěn)定性。超薄外型減少使用中底材料，且使用PHYLON為中底，比使用PU中底輕。氣墊表面無接縫，比其他多50%容量，減少空間以換取更大避震效果。TUBULARAIR氣墊防震系統(tǒng)是以八腳章魚般的管狀氣室設(shè)計(jì)使氣室互相流通，使腳下作用力更為順暢，增加落地時的穩(wěn)定度。SHOX防震是在鞋跟部位裝了數(shù)個COLUMNS（回力柱），這些回力柱采用的特殊高彈性發(fā)泡材料與一級方程式賽車的懸掛系統(tǒng)的概念如出一轍，而且質(zhì)地輕盈、吸收地面?zhèn)鱽淼臎_擊力，受壓初期迅速壓縮以緩和足部動作，然后迅速恢復(fù)到原來高度的過程中再釋放出動力，保護(hù)腿部各關(guān)節(jié)并同時降低腦部受到震蕩的危害。

   (2)美國最早的運(yùn)動鞋生產(chǎn)商——銳步（REEEBOK）

    蜂窩式氣墊防震系統(tǒng)是由若干個猶如小蜂室的小氣囊組成，各自是獨(dú)立的氣室，整塊氣墊猶如蜂窩，各個氣室能承受運(yùn)動時足部不同的分壓，從而分散對足部的壓力而得到緩沖。DMX活氣墊防震系統(tǒng)是運(yùn)動鞋前腳掌擁有一個大氣室，后腳掌除配有一個大氣室外，更附加了后腳跟及側(cè)邊氣墊，可以防止足部側(cè)翻。其中緩沖式的空氣調(diào)節(jié)閥使空氣流通更穩(wěn)定，保護(hù)足弓肌肉。此外，為避免扭傷足踝，舒緩腳后跟的反作用力，避免脊椎、膝蓋受到的壓迫，鞋后跟采用弧型斜腳設(shè)計(jì)，使后跟足部先著地，再借由TUP支撐片將穩(wěn)定性提高，通過活氣墊氣室中空氣的流通，發(fā)揮吸震、抗壓與舒適的功能。