Разобраться в том, как сочетаются пластина из углеродного волокна и космическая пена для создания более эффективной обуви, оказалось сложнее, чем ожидалось.
Несколько недель назад исследователь Государственного университета Гранд-Вэлли Кайл Барнс опубликовал исследование, в котором пришел к выводу, что скандальная обувь Nike Vaporfly 4% дает бегунам преимущество в эффективности на 4,2 процента по сравнению с современной обувью Adidas для марафонских гонок Adizero Adios 3. Я связался со своим редактором, чтобы узнать, стоит ли мне писать о новых результатах, но она отнеслась к этому с равнодушием. В конце концов, заявление о 4% не является новостью - оно прямо указано в названии обуви, было подтверждено рецензируемым внешним тестированием в Университете Колорадо (о котором я уже писал в прошлом году) и подтверждено Анализ New York Times полумиллиона марафонских и полумарафонских забегов, опубликованный на Strava.
Другими словами, мы уже в значительной степени знаем, что это правда. Честно говоря, в исследовании Grand Valley есть множество интересных новых морщин и поворотов. Важно отметить, что в отличие от исследования в Колорадо, оно не финансировалось и не аффилировалось с Nike, Adidas или какой-либо другой обувной компанией. Также было обнаружено, что Vaporfly на 2,6 процента эффективнее гусеничных шипов Nike Zoom Matumbo, и наблюдалось среднее улучшение на 1,90 процента на треках длиной 3000 и 5000 метров, когда-то новой территории для обуви, которая в основном продавалась среди марафонцев.. Но основное утверждение, что Vaporfly позволяет сжигать значительно меньше энергии для бега с заданным темпом, теперь довольно широко принято.
Вместо этого дискуссия перешла к двум более сложным вопросам. Во-первых, как именно работает обувь? А во-вторых, должны ли они быть разрешены? Эти два вопроса тесно связаны между собой, поскольку считается, что изогнутая пластина из углеродного волокна, встроенная в межподошву обуви, действует как пружина. Но даже среди дизайнеров обуви было на удивление мало единого мнения о том, как на самом деле работают различные компоненты Vaporfly. Это делает еще одно новое исследование, проведенное той же командой из Университета Колорадо, финансируемой Nike, которая проверила первоначальное заявление о 4%, интригующим чтением.
В исследовании, опубликованном в журнале Sports Medicine, использовался трехмерный биомеханический анализ шага и измерения силовой пластины в попытке выяснить, что делает Vaporfly таким эффективным. Обувь состоит из двух новых компонентов. Один из них - сверхтолстая мягкая межподошва из новой пены, которую Nike называет ZoomX. Пенопласт сверхлегкий, что позволяет каблуку быть на высоте 31 миллиметр на пятке, что примерно на 50 процентов толще, чем у сопоставимых туфель, но при этом не тяжелее. Он также исключительно податлив (вы можете сжать его) и эластичен (он возвращается к своей первоначальной форме, возвращая большую часть энергии, которую вы приложили для его сжатия). В каком-то смысле каждая обувь с межподошвой имеет «пружину»; этот оказался особенно упругим.
Второй новый компонент - изогнутая пластина из углеродного волокна, встроенная в межподошву. Именно здесь возникает много споров. Одна школа мысли состоит в том, что пластина - это просто пружина, которая изгибается, когда ваша ступня приземляется, а затем катапультирует вас вперед, когда она возвращается в исходное положение. Еще в 2016 году, когда начали распространяться слухи об обуви, патент Nike на «конструкцию подошвы обуви, включая пружинную пластину» стал распространяться, подпитывая слухи о том, что у Nike есть обувь с пружинным механизмом. Оказалось, что этот патент относится к другому (и пока не выпущенному) дизайну обуви, но идея прижилась. Большинство людей теперь полагают, что Vaporfly приводится в движение пружиной из углеродного волокна.
Но это не та теория, которую я услышал, когда обувь, наконец, была выпущена, и я начал обзванивать биомехаников, чтобы узнать, что они думают. Оказывается, исследователи (и другие обувные компании) экспериментировали с пластинами из углеродного волокна по крайней мере с 1990-х годов. Самым прямым предшественником пластины Vaporfly является ProPlate от Adidas, который появился в начале 2000-х годов и был разработан исследователем из Университета Калгари Дарреном Стефанишином. (Один из бывших докторантов Стефанишина, Гэн Луо, руководил разработкой Vaporfly и фигурирует в патенте.)
Еще в 2006 году Стефанишин опубликовал свое объяснение того, как работает пластина из углеродного волокна. Когда вы бежите, вы тратите немного энергии на сгибание основных суставов пальцев ног. В отличие от ваших лодыжек и свода стопы, которые сгибаются, а затем возвращаются в исходное положение, вы не получаете отдачи от пальцев ног - она тратится впустую. Стефанишин показал, что жесткая пластина из углеродного волокна делает пальцы ног более прямыми, экономя энергию и повышая экономичность бега примерно на 1 процент.
Но в этом подходе есть проблема, - объяснил мне Луо, когда я писал в прошлом году о проекте Breaking2. Жесткая пластина держит пальцы ног прямыми, но заставляет лодыжку выполнять больше работы, что снижает общую эффективность. Решением, которое придумали Луо и его команда, была пластина с более сильным изгибом в передней части стопы, позволяющая пальцам ног перекатываться вперед, не создавая нагрузки на лодыжку. Это объяснение Nike предоставило в своей патентной заявке: уже была известна жесткая пластина для экономии энергии, затрачиваемой на сгибание пальцев, но их нововведением было изгибание пластины для уменьшения усилий на лодыжке.
Однако это не единственное возможное объяснение. Другая группа из Немецкого спортивного университета в Кельне под руководством бывшего десятиборец Штеффена Вильвахера начала изучать стельки из углеродного волокна задолго до того, как был выпущен Vaporfly. Их объяснение того, как работает этот тип вставки, опубликованное в 2014 году, заключается в том, что жесткая пластина в основном изменяет длину рычага между вашей лодыжкой и тем местом, где ваша ступня упирается в землю. Это, в свою очередь, изменяет «передаточное число» между внутренним плечом рычага ваших мышц и сухожилий и внешним плечом рычага вашей лодыжки и стопы, давая вам механическое преимущество во многом так же, как это делают передачи на велосипеде. Это непростое объяснение (по крайней мере, не для меня), но я слышал его от множества разных биомехаников.
В новом эксперименте, проведенном Воутером Хугкамером, Шалаей Кипп и Роджером Крамом из Лаборатории передвижения Университета Колорадо, участвовали 10 бегунов, которые пробежали пятиминутные испытания в трех разных ботинках: Vaporfly, Zoom Streak 6 от Nike и Adizero Adios Boost 2 от Adidas. последние два являются ультрасовременными традиционными марафонскими балетками. У каждого бегуна было 44 светоотражающих маркера, прикрепленных к их телу и обуви для трехмерного анализа их беговых движений; они бегали на специальной беговой дорожке, которая измеряла силы, когда их ноги касались земли. Это позволило им рассчитать углы, силы и работу, проделанную для каждого сустава.
Свойства обуви также измерялись отдельно с помощью «машины для испытания материала с осью вращения», которая изгибала обувь в продольном направлении, моделируя бегущее движение, для оценки ее жесткости на изгиб. Объединив жесткость обуви с силами, действующими на беговую дорожку, и относительным перемещением отражающих маркеров, исследователи смогли точно оценить, насколько обувь (и жесткая пластина внутри) сжималась и изгибалась, и, следовательно, сколько энергии было затрачено. сохраняются и возвращаются с каждым шагом различными компонентами обуви.
Результаты были несколько неожиданными. Изгиб пластины из углеродного волокна накапливал и возвращал энергию со скоростью 0,007 Вт на килограмм при каждом шаге. Для сравнения, сжатие и разжимание толстой пены ZoomX дает 0,318 Вт / кг - более чем в два раза больше, чем у любой другой обуви, и примерно в 45 раз больше, чем у пластины. Таким образом, обувь определенно работает как пружина, но в этом анализе именно вспененная межподошва, а не жесткая пластина, почти полностью влияет на вклад обуви в экономию энергии.
Что касается других теорий, бег в Vaporfly действительно, похоже, сэкономил некоторую энергию, которая в противном случае была бы потеряна из-за сгибания пальцев ног. Но размер экономии был настолько мал, что Хугкамер и его коллеги не думали, что она вносит большой вклад в 4-процентный рост экономичности бега.
Вместо этого, похоже, наблюдается более значительная экономия энергии в голеностопном суставе, но не совсем так, как они ожидали, исходя из теории «передаточного числа». Теория предсказывает, что Vaporfly будет создавать большую вращающую силу в лодыжке; данные, напротив, показали меньшую вращающую силу. В документе есть несколько длинных отрывков, в которых исследуется, почему результат оказался противоположным ожидаемому, но все же позволил сэкономить энергию. Я кратко резюмирую эти отрывки следующим образом: они не понимают, что происходит.
Итак, вот где мы сейчас находимся. Есть еще несколько исследований Барнса и других, которые дадут нам более глубокое понимание того, как работает эта обувь. А пока мы можем сказать две вещи. Во-первых, обувь меняет то, насколько эффективно вы можете воздействовать на землю, но это пока не ясно. Во-вторых, обувь действует как пружина, но только так, как практически вся обувь действует как пружина, благодаря мягкой межподошве. Крам предполагает, что межподошва из пеноматериала дает прирост на 3 процента, а пластина из карбона добавляет еще 1 процент. Но математика может быть не такой простой: между пеной и пластиной может быть некоторая синергия, которая делает целое больше, чем сумма его частей.
Идеальным тестом было бы попробовать Vaporfly без пластины из углеродного волокна и посмотреть, что произойдет. Будет ли это похоже на работу на гигантских дискетах с зефиром или будет так же хорошо, как и на настоящем? «Мы давно хотели протестировать это, но у нас не было возможности получить такие прототипы», - сказал мне Хугкамер по электронной почте. «Я лично считаю, что большой толстый стек ZoomX без пластины был бы намного менее устойчивым, особенно при поворотах на 90 градусов на скорости Кипчоге. Не думаю, что это будет слишком мягко, но без тестирования сложно сказать.
Что касается другого большого вопроса о том, следует ли их запрещать, исследование Колорадо делает важный момент. Недостаточно сказать: «В обуви не должно быть пружин, поэтому мы должны запретить пружины», потому что вы должны определить, что вы подразумеваете под пружинами. Если на самом деле наибольшее значение имеет пена ZoomX, то запрет на использование карбоновых пластин будет неуместным. Если магию обеспечивают угол и форма углеродной пластины, то установка верхнего предела толщины или упругости межподошвы также не приведет к достижению цели. Чтобы понять, что вам нужно запретить, вы должны иметь четкое представление о том, что является нежелательным, помимо простого факта, что обувь кажется работоспособной.