破紀(jì)錄的黑科技跑鞋

Chris Palmer

Senior Technology Writer

運(yùn)動(dòng)員一直在尋求技術(shù)進(jìn)步來(lái)獲得競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)，如跳得更高一點(diǎn)，擊球更遠(yuǎn)一點(diǎn)，回球更快一點(diǎn)，但有時(shí)技術(shù)革新的出現(xiàn)短期內(nèi)會(huì)破壞一項(xiàng)運(yùn)動(dòng)。得益于20世紀(jì)80年代發(fā)展起來(lái)的自適應(yīng)懸掛系統(tǒng)和計(jì)算機(jī)輔助轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，一級(jí)方程式（F1）賽車(chē)跑得異常快，但也十分危險(xiǎn)，以至于這項(xiàng)運(yùn)動(dòng)的管理機(jī)構(gòu)在1994年禁止了這項(xiàng)技術(shù)。在2008年和2009年，身穿Speedo泳衣公司推出的LZR Racer系列泳衣的游泳運(yùn)動(dòng)員打破了134項(xiàng)游泳比賽世界紀(jì)錄中的130項(xiàng)。

現(xiàn)在，得益于總部位于美國(guó)俄勒岡州比弗頓的鞋類和運(yùn)動(dòng)用品巨頭耐克（Nike）公司的Air Zoom Alphafly Next%跑鞋（圖1），世界馬拉松比賽正面臨著自己的顛覆性時(shí)刻。這款鞋兼具穩(wěn)定碳纖維板的楔形回能泡沫和位于前腳掌的一對(duì)充氣囊。2019年秋天，肯尼亞選手Eliud Kipchoge跑出了世界上第一次時(shí)長(zhǎng)不到2 h的馬拉松比賽成績(jī)，這雙新鞋在其中發(fā)揮了重要作用。

40年來(lái)，在大部分情況下，絕大多數(shù)跑鞋的鞋底都是由乙烯-醋酸乙烯酯（EVA）泡沫制成。EVA的優(yōu)勢(shì)在于輕巧、價(jià)格便宜、易于操作，且使用壽命長(zhǎng)。但是，就能量歸還或每次腳落下后的“反彈”而言，EVA表現(xiàn)并不是很好。EVA泡沫的能量歸還率大約為65%，使用這種材料制成的鞋子具有適度的能量歸還或反彈。2013年，耐克公司的競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手，即總部位于德國(guó)的阿迪達(dá)斯（Adidas）公司開(kāi)始生產(chǎn)含有熱塑性聚氨酯（TPU）泡沫材料的鞋類產(chǎn)品，這種材料的能量歸還率為70%～75%。2017年，耐克公司發(fā)布了Vaporfly跑鞋系列的第一個(gè)版本，即Alphafly跑鞋的前身，它使用了衍生自聚醚嵌段酰胺的泡沫（Pebax）。耐克公司稱Pebax為ZoomX，其能量歸還率為87% [1]。Pebax的密度也小于EVA和TPU，因此重量更輕。

圖1. 穿著耐克公司最先進(jìn)的Air Zoom Alphafly NEXT%跑鞋的精英運(yùn)動(dòng)員正在打破長(zhǎng)期以來(lái)的紀(jì)錄。這雙鞋的特點(diǎn)是采用了具有完整內(nèi)彎曲碳纖維板的寬大楔形ZoomX（聚醚嵌段酰胺）泡沫，以及在前腳掌搭載了一對(duì)Zoom Air Pods。圖片來(lái)源：Nike（公共領(lǐng)域）。

“因此，它歸還的能量大大增加，而所需要消耗的能量卻更少，”美國(guó)密歇根大學(xué)性能研究實(shí)驗(yàn)室研究員Geoff Burns說(shuō)，“這就像魚(yú)與熊掌兼得一樣?！?/p>

然而，就其本身而言，Pebax并不是跑鞋材料的理想之選，因?yàn)楸M管具有良好的性能，但它卻非常柔軟。Burns說(shuō)：“如果你想跑得快，就會(huì)讓它變得不穩(wěn)定，就像在棉花糖上跑一樣。”

為了幫助穩(wěn)定Vaporfly跑鞋并有效地協(xié)調(diào)足部的力學(xué)性能，耐克公司的工程師在泡沫中間插入了一塊碳纖維板。“泡沫本身可能并沒(méi)有那么有用，而碳纖維本身也沒(méi)有那么有用，”Burns說(shuō)，“但這兩個(gè)材料結(jié)合在一起顯然是有效的?！?/p>

然而，并不是所有的碳纖維板都可以發(fā)揮作用。碳纖維板對(duì)跑步經(jīng)濟(jì)性（以特定速度運(yùn)行所需要的代謝能量）沒(méi)有影響。碳纖維板需要采用一個(gè)微妙的“S”形狀來(lái)產(chǎn)生效果[2]。美國(guó)科羅拉多大學(xué)博爾德分校綜合生理學(xué)名譽(yù)副教授Rodger Kram說(shuō)：“曲線的巧妙之處在于，它不會(huì)增加小腿肌肉必須克服的踝關(guān)節(jié)周?chē)母軛U臂。”這會(huì)使跑步者消耗的總能量減少。Alphafly前腳掌的一對(duì)充氣囊被耐克公司稱作Zoom Air Pods，該充氣囊能夠增加緩沖作用，并進(jìn)一步增加能量歸還。

2018年，Kram的實(shí)驗(yàn)室報(bào)道，Vaporfly跑鞋將跑步的一項(xiàng)能量消耗，即耗氧運(yùn)輸，降低了4%（圖2）[1]。在一定程度上，由于空氣阻力等因素，跑得更快所需的代謝能量并不是完全線性的，因此，節(jié)省4%的能量對(duì)于一個(gè)典型的優(yōu)秀馬拉松運(yùn)動(dòng)員來(lái)說(shuō)，跑步速度可提高2.5%～3.5%。

“即使跑步經(jīng)濟(jì)性僅提高了2%，跑馬拉松的時(shí)間也減少了將近兩分鐘。”美國(guó)猶他州普羅沃楊百翰大學(xué)的運(yùn)動(dòng)科學(xué)教授Iain Hunter說(shuō)，“兩分鐘的差別可能會(huì)決定獲得金牌和沒(méi)有獲得獎(jiǎng)牌，或者是否成為奧運(yùn)代表隊(duì)。”

事實(shí)上，這種差異已經(jīng)顛覆了這項(xiàng)運(yùn)動(dòng)。在1896 年的奧運(yùn)會(huì)上，第一屆馬拉松比賽的獲勝者花了2 h 58 min 50 s。在接下來(lái)的一個(gè)世紀(jì)里，馬拉松選手已經(jīng)逐漸將跑步時(shí)間縮短了近1 h。2019年10月12日，Kipchoge穿著耐克公司生產(chǎn)的Alphafly Next%球鞋的原型，在維也納以1 h 59 min 40 s的成績(jī)打破了艱難的2 h記錄。2019年10月13日，肯尼亞選手Brigid Kosgei穿著耐克公司生產(chǎn)的一雙Vaporfly跑鞋，在芝加哥馬拉松比賽中獲得了2 h 14 min 4 s的成績(jī)，以81 s的優(yōu)勢(shì)打破了保持了16年的女子馬拉松比賽的世界紀(jì)錄。整個(gè)2019 年，在6項(xiàng)世界主要馬拉松賽事中，在登上領(lǐng)獎(jiǎng)臺(tái)的36名選手中，有31人穿著Vaporfly跑鞋。耐克公司還將其Next%技術(shù)應(yīng)用于一款用于800～10 000 m賽跑距離的釘鞋（Nike Air Zoom Victory），但其對(duì)這些短跑比賽的影響尚待觀察。

圖2. 美國(guó)科羅拉多大學(xué)博爾德分校的運(yùn)動(dòng)實(shí)驗(yàn)室的研究技術(shù)人員Shalaya Kipp進(jìn)行了跑步機(jī)測(cè)試，以測(cè)量跑步的能量消耗。這些測(cè)試表明，穿著耐克公司的Vaporfly跑鞋的跑步者的跑步經(jīng)濟(jì)性平均提高4% [1]。圖片來(lái)源：CU Boulder（公共領(lǐng)域）。

不只是世界冠軍賽跑者受益于這些。2018年，一項(xiàng)對(duì)過(guò)去三年由500 000人參加的馬拉松比賽和半程馬拉松比賽的分析顯示，穿著Vaporfly跑鞋的人比穿其他鞋子的人的速度快3%～4% [3]。最近的一項(xiàng)研究發(fā)現(xiàn)，這一優(yōu)勢(shì)可能更接近4%～5% [4]。速度較慢的跑步者，即那些以9 min·mi–1（5.6 min·km–1）的速度運(yùn)動(dòng)的人，與最快的跑步者相比，在接近4 min·mi–1（2.5 min·km–1）的情況下，能獲得相對(duì)更高的性能提升[5]。

為了重新建立競(jìng)爭(zhēng)平衡，世界田徑（World Athletics，包括長(zhǎng)跑在內(nèi)的多個(gè)競(jìng)賽項(xiàng)目的管理機(jī)構(gòu)）在2020年1月底發(fā)布了一項(xiàng)指導(dǎo)方針，要求參賽者立即禁止穿任何鞋底厚度超過(guò)40 mm或碳纖維板多于一塊的跑鞋參賽。不到一周后，耐克公司宣布Alphafly Next%跑鞋的消費(fèi)者版將于2020年晚些時(shí)候推出[6]。除了前腳掌的一對(duì)Zoom Air Pods外，這款鞋還帶有一塊碳纖維板，鞋底厚度為39.5 mm。

“（要求發(fā)布的）奇怪時(shí)機(jī)使許多人認(rèn)為這是犯規(guī)的，并猜測(cè)這是耐克公司事先串通好的。無(wú)論如何，我很高興看到明確的設(shè)計(jì)要求終于出來(lái)了。”Burns說(shuō)，“下一步將為每個(gè)人創(chuàng)造最佳配置——不同的碳纖維板結(jié)構(gòu)和不同的泡沫柔度。要想實(shí)現(xiàn)這類鞋的個(gè)性化優(yōu)勢(shì)，還有很長(zhǎng)的路要走。”