3D列印,讓你跑起來更順暢!

自從學者們提出剪力避震的重要性後(延伸閱讀:<<避震的新觀念 : 剪力避震>>),近年來有許多運動品牌在設計上注入此概念。例如在2014年時,Adidas推出一鞋款,其中底為Leaf spring midsole technology (adidas Springblade),確實在許多研究中證實該設計能夠為跑者帶來許多效益,然而,此鞋款相較於傳統的鞋款重量較重,而隨著3D列印科技的興起,研發人員透過3D列印科技,用較輕量的材料以及更細膩的結構設計實現剪力避震。在 2022年國際期刊Sports Biomechanics當中有一篇研究,學者們用科學的方式探討3D列印的中底是否能夠有效的提升中底的前後位移量,以及該鞋款是否能夠增加跑步時的順暢性與跑步經濟性。

3D列印,讓你跑起來更順暢!

兩雙實驗用鞋,一雙為TPU-Control;另一雙為3D-Shear (EPU),此兩雙鞋的鞋面材質及鞋子的重量相似,前者0.319公克,後者則是0.322公克。
圖片來源 : Sports Biomechanics (2022)

該研究招募了20位男性跑者,分別在兩天施測兩雙跑鞋 ,首先受試者會進行最大速度測試,休息後,再接續於跑步機上進行6分鐘,85%無氧閾值速度的跑步測試。研究人員會於受試者的前額、薦椎 (身體質量中心位置)以及腳跟處配戴慣性感測器,以便量測各區之加速度,並會在鞋底處貼上8顆反光球,用以觀察運動中底的前後方向位移量,同時也會收取跑者的耗氧量以評估跑步經濟性。

3D列印,讓你跑起來更順暢!
Midsole shear (中底剪力)是依照上下反光球之相對位移計算。
圖片來源 : Sports Biomechanics (2022)

能夠跑起來更順暢,跑步經濟性則無明顯差異!

從研究結果發現,3D-shear鞋有較大的水平位移量 (3.8± 1.0 mm / 2.3 ± 1.0 mm),在三軸的合加速度以及變加速度上,也觀察到3D-shear鞋的數值皆顯著的小於TPU鞋款 ,這不僅驗證了剪力避震的核心概念-透過適當的前後方向位移機制 (gliding mechanism) 使跑者在觸地-離地階段的重心轉換更加順暢之外,學者們也發現3D 列印製成的中底是採緊密的網格狀設計,較能漸進式的形成往前的位移,使得在穿著感受上略勝一籌。在跑步經濟上,兩組鞋款雖然未觀察到顯著性的差異,然而,在過去的研究當中,TPU鞋款與傳統鞋款相比,能夠增加1%的跑步經濟性 ,換句話說,3D shear鞋款與傳統鞋款相比,跑者的耗氧量可能也會較低。

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跑步的順暢性 (movement smoothness)。可以透過觀察動作過程中的加速度是否一致及有無突然的變化觀察之。而最常見的方法是用minimum-jerk model,此方法是量化加速度的變化率,當越順暢時,變加速度的值會越小。此外由於跑步的衝擊力會從足底經過質心再傳遞到頭部,因此研究人員額外加入這三個部位的加速度參數進行更為細膩的觀察。
資料來源 : Sports Biomechanics (2022)

整體而言,透過3D列印科技,能夠更細緻的呈現剪力避震設計,並帶給跑者們更棒的穿著體驗,未來的研究也需要將不同的著地型態、受試者性別等做更細部的分析。3D列印科技在鞋材開發是極具潛力的,期待未來能夠在其他運動產品當中看見更多新科技的發揮。

3D列印,讓你跑起來更順暢!

參考文獻 :

Clermont, C., Barrons, Z. B., Esposito, M., Dominguez, E., Culo, M., Wannop, J. W., & Stefanyshyn, D. (2022). The influence of midsole shear on running economy and smoothness with a 3D-printed midsole. Sports Biomechanics, 1-12.

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