運動鞋作為陸地運動的必備，是最受關注的體育裝備之一，對於運動而言，運動鞋具有護腳、緩震、支撐、穩定等諸多作用。
在過去的30年，運動鞋經歷了革命性的變化，現代運動鞋採用了大量高科技緩震材料，以Nike和Adidas為代表的國際一線品牌運動鞋，以其功效卓越並不斷創新的核心技術，引領著專業運動鞋的技術方向和大眾運動鞋的時尚潮流。
Nike的核心技術是air氣囊鞋底科技和後跟穩定技術，Adidas的核心技術則是HUG環抱系統、GCS地面控制系統和智能晶元技術。
雖然這些核心技術各不相同，但無論怎樣創新，都必須遵循一個基本原則，即必須符合人體運動的生物力學原理。
每一項核心科技的提出，都與足乃至踝部的生物力學密切相關。其結構設計都必須符合足形結構、足踝結構的生物力學功能，並符合足與地、足與鞋、鞋與地之間相互作用的生物力學原理。
今天我們便通過運動鞋，來聊聊那些與「足-鞋-地」相關的生物力學研究。
早期的運動鞋生物力學研究多集中在足的形態與結構，繼而是運動學和動力學測量與分析，現今是高新技術和新材料的應用，其進展都依賴於生物力學測量與分析技術的進步。
足作為下肢的末端環節，通過直接（裸足）或間接（鞋）與外界接觸，併發生力的相互作用，從而改變人體的運動狀態。因此，足的結構與運動功能的生物力學問題是運動鞋生物力學研究的基礎。
關於足部的生物力學研究足部的生物力學研究主要涉及足的形態與結構分析、足的運動學測量分析、足的動力學測量分析和足的生物力學建模分析。
· 足的形態與結構分析
大量研究表明，足部形態及結構特徵與足部功能和運動損傷相關，足形和結構又因不同地域、不同著鞋習慣和正常與非正常足而產生較大差異。足部的形態與結構測量藉助了現代影響技術及電子技術，如三維足部掃描系統、X光、CT和MRI動態掃描系統等都已運用於不同功能、具有個性化運動鞋的設計與製作。
基於激光技術的三維足底掃描系統ShapeScan100/IBV基於靜態圖像PCA技術的三維足部掃描系統DOMESCAN/IBV· 足的運動學測量分析
三維高速運動捕捉攝像技術的應用為足部運動的測量分析提供了理論與方法基礎。
一項發表於Sports Biomechanics上的研究便利用Qualisys三維運動捕捉系統驗證了羽毛球鞋前腳掌彎曲剛度的增加是否會對羽毛球特定動作中的敏捷性、舒適性和生物力學變數產生積極影響。
生物力學測試的試驗設置右前場蹬跨步的分析階段結果表明，前腳掌彎曲剛度的改變會影響個體的舒適度，但不會影響羽毛球特定任務測試中的運動表現和下肢運動學。由此得出的結論是，羽毛球鞋前腳掌結構和材料的優化應考慮個人的感知，從而在運動表現中使前腳掌舒適度最大化。（DOI：10.1080/14763141.2017.1321037）
· 足的動力學測量
近年來，隨著計算機和圖像處理技術的不斷發展，其應用領域不斷擴大，足底動態壓力分佈的測量與分析技術已經廣泛應用於足與鞋底的動力學測量。
動力學從傳統足印測量發展到三維測力台（Kistler等）和穿戴式的壓力測試鞋墊（XSENSOR等）測量，測試區域也更為細緻，實時記錄各區域的動態動力學變化。
攜帶型三維測力台Kistler足底壓力分佈測試技術可以應用於不同項目運動員足底壓力特點和規律的研究，已經為輔助改良鞋的設計和矯形鞋的設計與製造提供了科學依據和建議。
鞋墊式足底壓力&步態測試系統X4運動學和動力學測量可以深入地分析足形結構的運動功能及特徵。而模擬模型分析軟體則可以模擬足內部的骨骼肌肉組織，以探究足運動的生物力學原理和足踝損傷的機理。
足-鞋的生物力學研究足底與支撐界面之間的壓力及其分佈的測量，可以為研究足部的結構與功能、足損傷的預防與診治和身體的姿態與控制提供重要的信息。
「足-地」、「足-鞋」和「鞋-地」界面間相互作用的生物力學問題，既是生物力學研究的主題，也是運動鞋設計製造商關注的重點。
· 「足-地」界面與足部健康的生物力學研究
不同的地麵條件，為足與地的相互作用提供了不同的運動界面，而不同的運動界面是引起足運動損傷的重要原因。
KSolitus等的研究指出，若運動界面的材料太軟或太硬，都可能造成運動性足傷害並影響人的運動表現。Caire等的研究指出，足底各部位的壓力分佈相對平均，可以有效降低足運動傷害，並可以對鞋尤其是運動鞋的功能設計提出關鍵要求。
· 「足-鞋」界面與足部健康的生物力學研究
從鞋子結構上來說，不同的運動鞋可通過鞋的中底材料及鞋底結構進行能量吸收與釋放，以緩衝足底所受撞擊力，達到預防、降低足部疼痛和足受傷。
鞋墊的硬度變化也會改變力對足部骨結構的作用，並可能導致骨疲勞性損傷。柔軟內墊會減小韌帶牽引張力，而內墊堅硬則會相反。
此外，不同重量的運動鞋對足部和小腿肌群也有所影響，I-Lin Wang等人通過結合三維運動捕捉系統、表面肌電圖以及測力台等生物力學研究設備來探討不同重量的鞋子對跑步時小腿不同肌群的影響。最終得出結論，在制動階段，穿175克跑鞋比穿415克跑鞋時腓腸肌外側肌的貢獻更大，因此，跑步時穿輕便鞋可能會在制動階段導致腓腸肌疲勞。（DOI：10.1186/s13047-020-00415-x）
實驗用鞋：從左至右 175g，225g，335g，415g全身動作捕捉的標記點設置在運動過程中，鞋既能降低運動損傷，又能提升運動表現， 落地緩衝階段提供穩定性保護作用並儲存能量，在蹬離地面階段則將儲存的能量轉換成彈性勢能，通過能量回歸使人體提高跑速和減少能耗。
運動鞋的新概念和新技術日新月異，有些概念還只是商業炒作，缺乏必要的生物力學原理分析，有些技術還因為商業機密封存在實驗室。但運動鞋的生物力學研究前景廣闊，已成為國內、外運動生物力學研究的熱點領域。
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