摘要：減震技術(shù)一直以來都是運(yùn)動鞋生物力學(xué)研究的主題之一。本文對運(yùn)動鞋進(jìn)行了分類，闡述了運(yùn)動鞋減震技術(shù)的歷史發(fā)展及進(jìn)展，并對運(yùn)動鞋減震技術(shù)的發(fā)展趨勢以及我國運(yùn)動鞋科技創(chuàng)新研究作了初步概括與展望。運(yùn)動鞋的研究是當(dāng)前運(yùn)動生物力學(xué)領(lǐng)域研究的熱門。今日的運(yùn)動鞋以成為高科技產(chǎn)品，其中減震技術(shù)的發(fā)展及應(yīng)用直接影響著運(yùn)動鞋能否更好輔助運(yùn)動員提高運(yùn)動成績，保護(hù)身體健康。
1、運(yùn)動鞋的分類
作為人體運(yùn)動的配套器件之一，運(yùn)動鞋一直隨著體育事業(yè)的興旺而不斷發(fā)展。運(yùn)動鞋通常指人在體育比賽或訓(xùn)練時(shí)所穿用的鞋。但隨著人們對體育運(yùn)動的廣泛參與，運(yùn)動鞋的涵蓋面也在不斷擴(kuò)大。穿著時(shí)間已不再局限于體育賽事；穿著空間也突破了體育場館；穿著的人群也不再只限于運(yùn)動員，更打破了穿著者年齡、職業(yè)和性別的界限?？傊?，運(yùn)動鞋已滲透到各種消費(fèi)人群領(lǐng)域和層面。運(yùn)動鞋習(xí)慣上被分成專業(yè)和普通兩大類。專業(yè)運(yùn)動鞋又分比賽用鞋和訓(xùn)練用鞋，因運(yùn) 動員活動量大，故性能指標(biāo)明顯高于普通運(yùn)動鞋。普通運(yùn)動鞋涵蓋面較廣，如青少年學(xué)生普遍穿著的田徑鞋（跑鞋）、球鞋、用于旅游休閑的旅游鞋都可歸納進(jìn)去。兩大類運(yùn)動鞋加在一起，其絕對數(shù)量在鞋類總量中占有很大份額。
2、運(yùn)動鞋減震技術(shù)的歷史概況
1868年在美國出現(xiàn)第一雙以硫化橡膠為底，以帆布為幫，四周圍貼上圍條的經(jīng)典運(yùn)動鞋，這意味著現(xiàn)代運(yùn)動鞋的崛起。早期的運(yùn)動鞋 只做跑鞋之用。后又?jǐn)U展到了球類運(yùn)動，又稱球鞋。另一種就是最初的釘鞋，比如，美國田徑選手威廉·柯蒂斯將釘子置入自己的跑鞋鞋底，制作方法與皮鞋相近，靠它大大提高了成績。相近，靠它大大提高了成績，這就是最初的釘鞋。這時(shí)的運(yùn)動鞋把生物力學(xué)、矯形學(xué)及解剖學(xué)等學(xué)科的有關(guān)原理引用到運(yùn)動鞋的設(shè)計(jì)中，提出使用內(nèi)底、楔形底提高鞋的防震效果和彈跳力，提出用坡跟加強(qiáng)運(yùn)動員的前傾，減小對足跟的壓力。二次大戰(zhàn)后，各國涌現(xiàn)出了一批專門制作運(yùn)動鞋的企業(yè)，特點(diǎn)是大膽應(yīng)用新材料，如尼龍幫材、聚氨酯( PU)底材等；二是推出新的結(jié)構(gòu)，如復(fù)合底的出現(xiàn)，為運(yùn)動鞋的輕量化和減震、彈跳特性奠定了基礎(chǔ)。20世紀(jì)80年代，計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)應(yīng)用于運(yùn)動鞋的設(shè)計(jì)，同時(shí)關(guān)于運(yùn)動鞋的生物力學(xué)研究也取得了很多進(jìn)展，各運(yùn)動鞋制造業(yè)的巨頭紛紛創(chuàng)建生物力學(xué)實(shí)驗(yàn)室，配置各種模擬運(yùn)動的檢測儀器。90 大公司為提高運(yùn)動鞋設(shè)計(jì)和制造的科技含量，引入CAD 和CAM，新品種開發(fā)的重點(diǎn)放在加強(qiáng)鞋的保護(hù)功能、減震、防扭傷。繼耐克“氣墊鞋”之后，各公司也紛紛推出新結(jié)構(gòu)鞋，如雷寶公司的“蜂窩片”，阿迪達(dá)斯的“扭力棒”、日本Asics的硅膠墊以及李寧弓等相繼問世，力圖從科學(xué)角度拓展鞋保護(hù)腳的新功能運(yùn)動鞋和科技的結(jié)合很深，但是不管處于哪個(gè)階段，可以相信減震技術(shù)的發(fā)展都是運(yùn)動鞋科技進(jìn)步的重要環(huán)節(jié)。
3、運(yùn)動鞋減震技術(shù)研究的新進(jìn)展
幾乎所有的運(yùn)動鞋制造商都宣稱其產(chǎn)品在緩震減震技術(shù)上的優(yōu)越 性 ,但大部分運(yùn)動鞋的緩震減震設(shè)計(jì)方面 ,結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上的美觀多于其實(shí)際功能價(jià)值。減震的主要目的是減小沖力以減少足部的骨損傷,但沖力的減小并非意味著就能減少運(yùn)動性足損傷 ,因?yàn)樽銚p傷主要集中于踝關(guān)節(jié)韌帶。其實(shí)人的足弓就是天然的緩沖減震結(jié)構(gòu)，但足弓所承受的力是有限的。如果鞋沒有良好的減震系統(tǒng)來緩沖沖擊，那么人在跑步特別是快跑時(shí)雙腳一定會感到疲憊，無法保持速度和耐力，同時(shí)會沖擊脊柱和大腦，對健康造成損傷。據(jù)統(tǒng)計(jì)人在跑步時(shí)腳接觸地的瞬間受到的沖擊力將近人體自身重量的2-3倍，而快跑承受的沖擊力是慢跑的3倍。良好的減震功能毋庸置疑可以使人體重量比較平均分配與足底，并緩沖沖擊力給身體造成多余的震蕩，既滿足運(yùn)動需要，又保護(hù)身體。
3.1 鞋的減震性能取決于鞋底的材料、鞋底的結(jié)構(gòu)等。運(yùn)動鞋的材料減震和結(jié)構(gòu)減震路徑有別，材料減震更強(qiáng)調(diào)人對足的控制，結(jié)構(gòu)減震更注重人對鞋的控制。常采用緩沖震動的基料或底材, 這種材料被加在鞋的中底, 這是一層具有減震功能的夾在外底和鞋面之間的材料, 是跑鞋重要的組成部分, 其結(jié)構(gòu)和材料的運(yùn)用將會影響到減震功能和鞋的穩(wěn)定性。具有高技術(shù)減震性能的運(yùn)動鞋不僅能夠使人體重量比較合理地分布在腳的各個(gè)部位, 緩沖運(yùn)動對大腦、 跟骨和身體其他部位造成的震蕩, 而且能夠起到穩(wěn)定支撐的作用, 保證了運(yùn)動的功能需求。運(yùn)動鞋的材料減震 ,主要是鞋的中底材料采用具有減震性能的特殊材料。國際一線品牌運(yùn)動鞋普遍采用的是加熱壓縮的 EVA (乙烯樹脂醋酸纖維) 發(fā)泡橡膠混合物質(zhì) ,其特點(diǎn)是質(zhì)量輕、 彈 性好。高密度 PU (聚氨基甲酸乙脂)材料也常被用在后掌的中底夾層 ,Nike 的 shox 籃球鞋就是將 PU 制成圓柱形特殊單元 ,并置于后掌中底。運(yùn)動鞋的結(jié)構(gòu)減震 ,主要是中底夾層采用 “囊” 結(jié)構(gòu) ,最經(jīng)典的是 Nike 的 Air 氣囊技術(shù)。1997 年 ,Nike 結(jié)束了對氣墊的技術(shù)壟斷 ,允許競爭對手生產(chǎn)基于 Air 減震技術(shù)的運(yùn)動鞋。當(dāng)年 Reebox 就推出了DMX10 氣囊減震運(yùn)動鞋 ,其技術(shù)原理是將 8～10 個(gè)由導(dǎo)管連接的氣囊分成前后掌 ,通過氣囊間的氣體流通調(diào)節(jié)減震部位。Reebox 的氣囊減震技術(shù)從全掌氣囊到分掌氣囊 ,從大容量氣囊到小容量氣囊 ,再到后掌氣囊加前掌 EVA減震材料 ,已成為 Reebox 減震科技的核心技術(shù)。
3.2 運(yùn)動鞋在減震方面理論研究成果和科研新進(jìn)展主要是空氣墊減震原理：此系統(tǒng)的倡導(dǎo)者是耐克公司，旨在最大限度地減輕對足部的沖擊，它實(shí)質(zhì)上離不開減震原理，只不過借助于空氣墊(air cushion)而已，表示出與眾不同之態(tài)。空氣墊是一種塑料(據(jù)稱是聚乙烯)薄膜囊，內(nèi)充空氣，分別埋置于內(nèi)底的前后掌著力點(diǎn)，這樣可提高跑步速率2.8%。其實(shí)際功能也不外乎將能量回輸給穿鞋運(yùn)動員。其特點(diǎn)是每跑一步，氣墊完成壓扁、復(fù)原的一次循環(huán)，也符合“能 量回輸”的原理。據(jù)測試，運(yùn)動員穿著氣墊鞋( Ai r Cushion Shoe)奔跑，可節(jié)省吸氧量28%。氣墊還起著能量儲藏器的作用。
3.3 運(yùn)動鞋減震性能可進(jìn)行測試
4、運(yùn)動鞋減震技術(shù)發(fā)展趨勢及展望
4.1 近幾年的運(yùn)動鞋外形的變化趨勢大致有鞋尖適度上翹，這樣可減小鞋尖的著地面積，起到保護(hù)足尖的作用；足弓部位明顯隆起，足弓突起不足或平坦的腳稱為平足，容易使人疲勞，而穿著足弓隆起的運(yùn)動鞋有助于糾正這種畸形；跟部加厚，在鞋楦設(shè)計(jì)上則是加大后翹(12～15 mm)，這樣的設(shè)計(jì)能形成一定的坡度，使運(yùn)動時(shí)身體前傾，有助于減小踵腱受損，跟部每升高1mm ，可使踵腱松弛率達(dá)到8% ； 鞋口部的腳山高度比后踵高12～15mm ，以利穿上和脫下，保護(hù)腑骨。
4.2 運(yùn)動鞋減震新材料與結(jié)構(gòu)的研發(fā)將不斷有新的突破，與科技的結(jié)合將會更加緊密，高科技是世界各大運(yùn)動鞋生產(chǎn)企業(yè)的立足之本。如阿迪達(dá)斯先后與北京體育大學(xué)生物力學(xué)實(shí)驗(yàn)室、中國皮革與制鞋研究院、寧波大學(xué)運(yùn)動生物力學(xué)實(shí)驗(yàn)室、愛思康國際有限公司和英國利物浦約翰摩爾大學(xué)簽約合作 ,借助他們在人體運(yùn)動科學(xué)及運(yùn)動鞋功能測試與評價(jià)方面的成果和經(jīng)驗(yàn) ,全面提升安踏實(shí)驗(yàn)室的科技研發(fā)能力。安踏的研發(fā)模式已從早期的跟隨模式向自主模式發(fā)展 ,其實(shí)驗(yàn)室已成為國內(nèi)運(yùn)動鞋企業(yè)中最好的運(yùn)動科學(xué)實(shí)驗(yàn)室。
4.3 雖然我國在運(yùn)動鞋生物力學(xué)的研究尚處于起步階段，但已經(jīng)呈現(xiàn)出良好的未來發(fā)展態(tài)勢。當(dāng)前，國內(nèi)一批生物力學(xué)學(xué)者們開始關(guān)注運(yùn)動鞋的研究。利用足底壓力測量技術(shù)對運(yùn)動員、青少年女性和太極拳運(yùn)動者穿不同類型鞋運(yùn)動進(jìn)行了足底壓力分布的測量和分析研究。雖然我國在運(yùn)動鞋生物力學(xué)的研究尚處于起步階段，但已經(jīng)呈現(xiàn)出良好的未來發(fā)展態(tài)勢。
