碳板跑鞋为什么可以显著提升跑步成绩？最新研究给出了全面解释

　　跑鞋作为跑者的第一装备，近年来在科技的不断加持下，呈现出更轻、更厚（在国际田联厚度规则允许内）、更缓震、更回弹 的发展特征。

　　尤其是集当今先进跑鞋科技于一身的碳板竞速跑鞋成为精英选手和大众跑者不断创造PB的“神器”。

　　马拉松和各种公路赛事世界纪录不断被打破，碳板跑鞋的贡献功不可没。

　　发表于国际顶级运动科学杂志《sports medicine》（运动医学）的一篇最新研究对于碳板跑鞋为什么可以显著提升跑步运动表现进行了机制探讨。

　　这篇论文的标题翻译过来就是《纵向弯曲刚度增强对于跑鞋动能学与生物力学的影响》。

　　这篇文献综述指出，虽然有一些研究指出穿着碳板跑鞋，跑步经济性提高了3-4%（这也是为什么耐克碳板跑鞋被命名为4%的原因），但同样也有研究指出穿着碳板跑鞋反而有可能导致跑步经济性的下降。

　　所谓跑步经济性是指同等速度下跑步的省力程度，某一速度下摄氧量越小，心率越低则表现经济性越好。

　　如果说碳板跑鞋可以显著提升跑步经济性，就意味着穿着碳板跑鞋会让人觉得轻松，这样人们理论上就可以承受更大强度，但这篇论文经过文献分析，却发现从跑步经济性角度解释碳板跑鞋提升运动表现的机制似乎尚不肯定。

　　因此，本文主要从动能学与生物力学角度进行了分析。

　　碳板导致跑鞋纵向弯曲

　　刚度增加所带来的效应

　　什么是纵向弯曲刚度？

　　纵向弯曲刚度就是指跑鞋在前后方向上可以弯折的程度。

　　对于跑鞋来说，如果判断其纵向刚度呢？

　　很简单，你握住鞋跟，将前脚掌用力下摁，观察前脚掌是否很容易发生弯折。

　　如果是，那么这双鞋纵向刚度就不是很大，由于大多数慢跑鞋的主要功能就是缓震，其中底以弹性缓震材料比如EVA构成，所以多数情况下，前脚掌都比较容易弯折。

　　但碳板跑鞋由于里面内置了碳板，碳板非常坚硬同时也有一定弹性，所以碳板跑鞋相比缓震型跑鞋的显著不同，就是纵向刚度显著增加，由于引发的了一系列动能学和生物力学效应。

　　通过弯折鞋头可以判断一双跑鞋的纵向刚度

　　在跑步着地，尤其是最后阶段蹬伸发力过程中，在大脚趾跖趾关节处会发生明显的弯折，此时大脚趾先做背屈运动再跖屈发力，实现扒地动作。

　　如果前脚掌跖趾关节弯曲幅度过大，就可能导致比较大的能量损失。

　　而通过在跑鞋中底放置一块碳纤维板，这样就可以减少跖趾关节的转动，从而有效降低跑步和跳跃时的能量消耗。

　　前脚掌跖趾关节的过度弯曲导致能量损失

　　碳板跑鞋由于内置碳板的关系，导致跑鞋前脚掌弯折度相比传统跑鞋明显减少，提升了跑鞋刚度，而刚度的增加则意味着能耗的减少。

　　其次，碳板跑鞋普遍中底较厚，这种较厚的中底一方面可以避免碳板插入中底后导致刚度陡增所带来的脚底太硬的不适感。

　　另一方面也有利于中底弹性材料本身发挥一定的缓震作用，这就会带来另外一个现象，就是受力点发生改变。

　　由此导致蹬伸发力时，地面反作用力臂延长，从而使得力矩增加，相当于可以更好的借助地面反作用力产生推进力，同时增加的踝关节外力臂也可能降低踝关节角速度和肌肉收缩速度，从而减轻了小腿足踝肌肉的用力和疲劳程度。

　　第三个原因那就是碳板跑鞋增加了地面接触点距离小腿三头肌的距离，也即力臂，这样改善了传动比，更加有利于小腿肌肉发力。

　　总体来说，碳板跑鞋由于纵向弯曲刚度增加，主要影响了跖趾关节和踝关节动力学，相当于为跑者提供了人足无法提供的“额外装备”，而碳板跑鞋对于膝关节和髋关节影响很小。

　　而且研究也发现，穿着更硬的碳板跑鞋跑步不会增加跟腱拉伤风险，也不会增加跑者发生跟腱病的风险。

　　另外，无论是耐克采用的碳板还是阿迪达斯采用的碳棒，在造型上都是采用弯曲设计，而不是平直的设计。

　　其原因在于什么呢？

　　道理在于弯曲形的设计增加了对于跖趾关节的力臂作用，同时避免了坚硬碳板距离脚底太近造成的不适感。

　　中底材料进步所带来的效应

　　目前，几乎所有新型碳板跑鞋都表现为又厚又轻，这得益于一种新型尼龙弹性发泡材料制成的中底材料。

　　它由阿科玛（Arkema）公司研发的名为Pebax材料构成，这种材料具有优异的柔韧和高回弹性能，它具备足够轻的质量，并且具有出色的低温抗冲击性能。

　　Pebax学名聚醚嵌段聚酰胺，其因为具有热塑性弹性体和橡胶体之间的许多优异性能，而且加工方便，已经成为广泛应用于食品包装、体育用品、医疗器械等领域的第一大类塑料品种。

　　它的特性包括：

　　● 最轻的工程热塑性弹性体；

　　● 低温下良好和稳定一致的性能；

　　● 反复形变下没有机械性能的损失，并且抗疲劳；

　　● 良好的回弹和弹性恢复；

　　● 精确的尺寸稳定性；

　　● 优秀的加工性能；

　　Pedax材料与传统材料实验对比

　　（弹性、韧性、抗形变）

　　近两年，Pebax材料成为体育装备领域的新宠，以下基本上你耳熟能详的跑鞋品牌在其高端鞋款都采用了Pebax材料，虽然每家品牌用各种你看不懂的酷炫名字标榜自己的中底材料有多牛逼，但其实本质都是Pebax材料或者类似材料。

　　Pebax材料用户涵盖跑鞋主要：http://www.bing.com.cn/

　　碳板弹性虽然很好，是指在弯折时回弹充分，但其在没有弯折的情况下，质地却十分坚硬，在中底中加入一块硬质材料，就需要有很好的缓冲材料来减少坚硬碳板对于脚的硬冲击，从而防止加入碳板后鞋的顺应性下降和刚度过度增加，造成鞋的舒适性大大降低。

　　如果中底不够厚，那么这样的碳板跑鞋穿起来是十分难受的，而在传统EVA材料中加入碳板，那么就势必要增加EVA的厚度，但EVA一旦增厚，一方面重量明显增加，一方面增厚的EVA恰恰抵消了碳板的回弹，使得碳板无法发挥作用。

　　因为EVA缓震好但回弹性能谈不上特别好，可以理解为一个缓震材料加一个回弹材料合在一起并不是又缓震又回弹，而是变成了既不缓震也不回弹，那就南辕北辙了。

　　所以碳板加入中底的前提就是要有更好地、更高级的缓震回弹材料，这种材料既要能充分缓震又要能充分回弹，与碳板一起是相互兼容而不是相互抵消。

　　同时，这种材料要足够厚才能避免跑鞋因为加入碳板而失去弹性和顺应性，但又要避免厚度增加带来鞋的重量增加，而新一代尼龙发泡材料Pebax材料做到了，换句话说，是先进的中底材料成就了碳板技术。

　　所以碳板跑鞋能做到中底非常厚但重量却变轻了，一方面适当综合了碳板的坚硬，一方面又能和碳板一起发挥回弹作用。

　　碳板跑鞋超厚的中底变向

　　增加了下肢长度

　　前文已经充分说明了碳板跑鞋由于要平衡碳板刚度增加可能导致的缓震不足和脚感不适，因此中底缓震材料的厚度大大增加，而新一代Pebax超临界发泡材料做到了又轻又厚。

　　这就相当于增加了下肢长度，在体重不变的情况下，由于鞋底厚度增加，而使得下肢长度得以“巧妙”地增加，而更长和更细的腿似乎会产生更大的惯性力矩。

　　这就解释了一些研究发现穿着碳板跑鞋后为什么步幅加大，而这样的步幅加大不是来自于跑者肌肉用力程度增加，而是源于只需将更少的能量用于腿部加速，但较长的腿部有利于更长的步幅，这就实现了一方面节省能耗一方面增加步幅。

　　所以，综上所述，碳板跑鞋在动能学和运动生物力学上的确相比传统跑鞋具有更佳的优势。

　　因此，对于跑者而言如虎添翼，穿上去提升成绩也就不难解释了。

　　阿迪达斯在碳板跑鞋发力很猛

　　2020年，阿迪达斯推出了首款厚底碳板顶级竞速跑鞋adizero adios Pro，加入碳板竞速跑鞋市场的厮杀。

　　很快，阿迪这双跑鞋取得了不俗战绩，基比沃特·坎迪在瓦伦西亚半马比赛着阿迪这双鞋打破了卡姆沃罗创下的58:01的世界纪录，其最终成绩为57:32，提高幅度高达半分钟。

　　而在2020年9月，布拉格RunCzech比赛中，当今女子马拉松领域最炙手可热的选手杰普彻彻打破了女子半程马拉松世界纪录，成绩为1:05:34，打破了之前的纪录近40秒。

　　而杰普彻彻随后又在波兰格丁尼亚世界半马锦标赛中，以1小时05分18秒再次打破由她本人保持的纯女子半马世界纪录，在顶级竞速跑鞋的竞争中，阿迪达斯凭借adizero adios Pro春风得意。

　　而在今年8月7日在东京奥运会女子马拉松赛场上，杰普彻彻凭借超强的体能储备力压女子马拉松世界纪录保持者科斯盖，以2:27:20的成绩为自己的祖国拿下一枚宝贵的奥运会金牌。

　　在11月7日纽约马拉松又以2:22:39的成绩率先冲线，轻松的将女子马拉松冠军收入囊中！阿迪达斯碳板跑鞋捍卫了自身荣誉。

　　今年9月，在德国Herzogenaurach举行的adizero Road To Records event（阿迪通向世界纪录之路）的比赛中。

　　来自肯尼亚的Agnes Tirop以提升28秒的优异成绩打破了女子10公里跑世界纪录，最终成绩高达30:01，平均配速达到每公里3:00。

　　非常遗憾的是，才华横溢的Agnes Tirop在今年10月，被她的丈夫刺杀身亡。

　　而来自埃塞俄比亚的Senbere Teferi则创造了14:29的5公里世界纪录，这场比赛由阿迪达斯组织，来自阿迪达斯赞助的众多精英运动员参加了这场比赛。

　　赛后，两人高举写上世界纪录的adidas Adizero Adios Pro 2.0跑鞋拍照留念，阿迪达斯继续领跑世界顶级竞速公路跑鞋的决心一直没有改变。

　　阿迪达斯

　　2021款竞速跑鞋有何特色？

　　尝到甜头的阿迪达斯乘势而上，在今年推出第二代碳板竞速跑鞋adizero adios pro 2以及比pro 2鞋底更厚的adizero Prime X。

　　Prime X可以视作阿迪对于下一代碳板跑鞋的一种概念尝试。

　　 adizero Prime X

　　 价格：2099元（官网）

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　　首先我们来看下号称最厚中底adizero Prime X，世界田联要求公路跑鞋的鞋底必须不超过四厘米厚。

　　但Adizero Prime X其鞋跟厚度达到五厘米厚，所以Prime X严格意义不适合精英选手参加比赛，否则有可能会被判违规。

　　事实上也有国外比赛发生了此类案例，但对于大众跑者来说，完全可以不care这个问题。

　　从外观看，adizero Prime X中底厚度惊人，三道杠的logo图案依旧非常惹眼。

　　从细节看其外侧镂空处可以隐约看到最外侧碳棒，中底采用lightstrike pro技术，阿迪达斯一直没有透露lightstrike pro采用的基础技术，其本质可能不完全属于Pebax发泡材料，但也基本上可以视作一种发泡技术。

　　这样才能带来又轻又缓震回弹的性能效果，字面上lightstrike pro翻译就是专业级轻量化着地材料，但这种材料的密度似乎比Pebax发泡材料更大，这就是这款鞋重量相比竞品略微吃亏，但吃亏不多。

　　其鞋内侧靠近足弓最高处造型非常奇特，如果从侧面看不清，从鞋底我们就能清晰看见其足弓最高处的内凹造型，在凹字处可以清晰地看到碳棒结构。

　　这样的设计可以避免对于足弓正常发挥生理作用造成干扰，同时减轻了全鞋重量。

　　鞋底采用著名的马牌橡胶，adizero Prime X没有在鞋底采用特别薄的大底，而是仍然采用耐磨的马牌橡胶，说明其并非为了极致性能而牺牲耐磨性和耐穿性。

　　马牌橡胶保证了其足够的使用寿命，这一点对于消费者来说是非常重要的，毕竟2000元的鞋，谁也不希望穿几次就废掉。

　　adizero Prime X依托其50毫米后的中底，同时应用Energy Rods能量碳棒科技，鞋跟Energy Blades能量碳片和碳纤维叶片（下图黄色部分）三种碳纤维结构，而其三片碳纤维叶片通过镂空大底也可以清晰可见（红色部分）。

　　非常复杂的碳纤维材料构造和排列构成了adizero Prime X

　　高性能的核心

　　阿迪达斯碳板跑鞋没有采用勺型碳板设计，而是根据足底五块跖骨，设计出了五根碳纤维条作为模拟跖骨的抓地蹬伸设计。

　　我们第一眼看到就会联想到金刚狼或者外骨骼，不得不说这样的设计非常创新，根据阿迪达斯的测试，这样的设计能够为前脚掌提供很好的刚度，刚度越好则回弹就越充分，这样就大大减少了能量损耗，相比一整块勺型碳板还减轻了重量。

　　有一种可能性是五根碳棒的设计也许其转换能量的效率可能比勺型碳板模式效率更高。

　　在adizero Prime X中继续保留了鞋跟碳片，这根碳片的主要作用是提升落地时的稳定性，前脚掌采用5根碳棒加三个碳纤维叶片的组合设计，作为阿迪旗下旗舰型跑鞋，这种设计体现了材料促进性能提升的组合拳思路。

　　明显的鞋头翘度是碳板跑鞋的主要特征，这种设计一方面可以发挥碳纤维材料的跷跷板作用，也避免硬质碳板可能造成的对于足底的不适感，因为前掌是中底较为薄的区域，其脚尖分叉型的大底设计也显得别出心裁。

　　adizero Prime X系带设计也非常别致，前端采用了窄边设计最大程度有利于脚背透气，后端则采用了打孔穿插鞋带的设计，防止跑步时鞋舌偏转。

　　鞋跟处采用了斜向锁跟设计，进一步增强对于脚跟的包绕和固定。

　　鞋面继续采用Celermesh 2.0鞋面，在阳光下可以看到鞋面很薄，透气性良好。

　　 adizero adios pro 2

　　 价格：1899元（官网）

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　　上一代adizero adios Pro作为阿迪达斯推出的首款碳板厚底竞速鞋，在市场上取得了不俗的反响，特别是当精英选手角逐时不再是一水儿的耐克NEXT%时，两大品牌正面较量成为跑者津津乐道的话题。

　　adizero adios pro 2作为上一代产品的升级款，符合国际田联对于中底厚度不得超过4厘米的规定，成为精英运动员逐鹿马拉松赛场的主要武器，上一代采用了一体化设计，虽然缓震回弹良好但可塑性稍弱，给人稍显僵化的感觉。

　　adizero adios pro 2中底仍然采用Lightstrike pro材料，但采用了分区以及部分镂空造型设计，这样的好处一方面是进一步降低了整鞋的重量，另一方面让鞋子具有更好地可塑性，也即更加适脚。

　　对中底特别是足弓最高处进行了凹型设计是 adidas adizero adios pro 2最主要的改变。

　　与adizero Prime X中底设计相比，采用了5根Energy Rods能量碳棒科技以及鞋跟Energy Blades能量碳片，但没有采用X系那种三片式碳纤维叶片，这是上一代基本保持一致。

　　而在鞋底由于中底中部内侧采用内凹设计，所以可以清晰地看到其中3根碳棒，非常富有视觉冲击力和力量感。

　　鞋面采用了celermesh 2.0，提供了较好的透气性和包裹性，同时有效减轻整鞋重量。

　　这种由环保聚酯纤维材质打造的轻质鞋面相较上一代鞋面更加轻薄，兼具灵活性与透气性，可以说除了中底分区造型设计以外，鞋面材料更加轻薄也为新款跑鞋相比老款减重10%左右做出了重要贡献。

　　而新款跑鞋则是在上一代的基础上在前掌部位应用了马牌橡胶大底，同时对前后掌部分橡胶进行了打孔设计，以提升鞋子的抓地力和耐久度。

　　从adizero adios Pro 2.0、adizero Prime X对比看，中底厚度是二者主要差别。

　　小结

　　碳板跑鞋作为跑鞋中的皇冠，备受跑者关注，虽然阿迪达斯在碳板跑鞋领域发力不算早，但德国人严谨的做事风格，决定了要么不做，要做就是冲着No 1去。

　　这两年阿迪达斯加快了碳板跑鞋的研发，其成效也十分显著，穿着阿迪跑鞋的黑人高手在各大赛场披荆斩棘，屡屡打破世界纪录。

　　商家不断研发高品质产品最终受益的都是消费者！

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