广州体育学院：基于ACF材料的运动鞋垫/鞋的运动生物力学研究

引言

在运动科技飞速发展的今天，每一项材料创新都可能带来运动表现的飞跃。近年来，ACF（，ACF人工软骨仿生吸能材料）材料在运动鞋垫领域的应用正逐渐成为研究热点。广州体育学院黄治官教授团队的研究表明，这种新型材料不仅能显著提升运动舒适度，更能从生物力学角度有效降低运动损伤风险，为运动鞋垫设计带来革命性变革。

一、ACF材料：运动鞋垫的黑科技

ACF材料是一种具有高度发达孔隙结构的碳纤维材料，其比表面积可达1000-3000平方米/克，远超传统活性炭。这种独特的结构赋予了ACF材料卓越的吸附性能和力学特性，使其在运动鞋垫领域展现出巨大潜力。

在黄治官教授团队的研究中，ACF材料被创新性地应用于鞋垫的关键受力区域。通过将ACF材料与EVA（乙烯-醋酸乙烯酯共聚物）结合，科研人员成功开发出兼具缓冲减震、支撑稳定和透气排汗功能的新型鞋垫。这种复合结构不仅能有效吸收运动冲击力，还能根据足底压力分布提供个性化支撑，为运动员打造定制化的运动体验。

二、ACF鞋垫对篮球运动的生物力学影响

篮球运动是一项对下肢关节冲击力极大的运动，尤其是转身、突破等动作容易导致踝关节扭伤和膝关节损伤。黄治官教授团队通过对11名篮球专项学生的测试，深入研究了ACF个性化鞋垫对篮球转身动作下肢生物力学的影响。

1. 原地转身：提升稳定性，降低损伤风险

研究发现，穿着ACF个性化鞋垫进行原地转身动作时，下肢关节的内旋角度和外展角度显著降低，转动脚落地稳定性明显提高。在动力学层面，踝关节和膝关节的屈曲力与外展力均有所减小，有效减轻了关节负荷。这些变化使得原地转身动作更加稳定，降低了运动损伤风险。

2. 转身投篮：优化姿态，预防ACL损伤

在转身投篮动作中，ACF鞋垫通过降低踝关节内旋角度、增大外展角度，有效调整了运动姿态。同时，下肢三关节的外展与内旋角速度降低，脚踝扭伤风险显著下降。在动力学方面，膝关节和踝关节的屈曲力矩与外展力矩明显减小，对前交叉韧带（ACL）起到了更好的保护作用，有助于预防常见的篮球运动损伤。

3. 转身突破：增强肌肉控制，提升运动表现

在转身突破动作中，ACF鞋垫同样表现出色。测试结果显示，穿着ACF鞋垫时，支撑脚蹬地时下肢三关节的外展角度与内收角度减小，屈曲角度增大，有效保护了膝关节ACL。同时，肌肉放电水平和运动单位募集能力明显提升，尤其是腓肠肌的激活程度显著增强，有助于运动员更好地控制动作，提升运动表现。

三、ACF鞋垫在羽毛球运动中的应用

除了篮球运动，黄治官教授团队还研究了ACF鞋垫在羽毛球运动中的应用效果。通过对22名羽毛球专项学生的测试，评估了ACF鞋垫对回击头顶球落地时下肢生物力学的影响。

1. 受试者基本信息

2. 减震回弹：双重功效提升运动表现

测试结果表明，ACF鞋垫能显著降低整体地面反作用力，这得益于前掌嵌入的ACF材料对冲击力的有效吸收。同时，在回动蹬地阶段，地面反作用力有所增加，体现了ACF鞋垫在增强蹬地力、提升运动表现方面的优势。这种减震与回弹的双重功效，使运动员在快速移动和急停急转中更加稳定灵活。

3. 关节保护：多维度降低损伤风险

在生物力学层面，ACF鞋垫对下肢关节保护效果显著。髋关节最大伸展力和外展力减小，膝关节最大伸展力、外旋力和内旋力矩降低，踝关节足外翻力减小、跖屈力矩增大，这些变化共同作用，有效降低了踝关节扭伤和膝关节损伤的风险。此外，ACF鞋垫还能调整肌肉发力模式，将股外侧肌主导的发力方式转变为股内侧肌主导，使支撑腿在着地期间更靠近身体中轴，提高动作稳定性。

4. 舒适体验：细节设计提升穿着感受

除了生物力学优势，ACF鞋垫在舒适性方面也表现出色。内侧足弓隆起提供了良好的足弓支撑，足跟中间低、周围抬起的设计增强了包裹性和稳定性，前脚掌内侧的半圆形凸起提高了足部感受和神经控制能力。这些细节设计不仅提升了运动表现，还显著改善了穿着体验，减少了长时间运动带来的疲劳感。

四、ACF材料的未来展望

黄治官教授团队的研究成果为ACF材料在运动鞋垫领域的应用提供了坚实的科学依据。随着运动生物力学研究的深入和材料科技的不断进步，ACF材料有望在未来的运动鞋垫设计中发挥更大作用。

1. 个性化定制：精准匹配运动需求

未来，ACF鞋垫将朝着个性化定制方向发展。通过采集运动员的足底压力分布、运动习惯和身体数据，结合3D打印技术，可以为每位运动员打造完全贴合其足部特征和运动需求的ACF鞋垫。这种定制化鞋垫不仅能提供更精准的支撑和保护，还能根据不同运动项目的特点进行针对性优化，进一步提升运动表现。

2. 多功能集成：拓展应用领域

除了减震支撑功能，ACF材料还具有良好的吸附性能和导电性能。未来，科研人员可以将ACF材料与传感器、加热元件等集成，开发出具有智能监测、温度调节等功能的多功能鞋垫。例如，通过嵌入压力传感器，实时监测运动员的足底压力分布，为训练提供数据支持；利用ACF材料的导电性能，实现鞋垫的加热功能，提升冬季运动的舒适性。

3. 可持续发展：绿色环保新选择

ACF材料具有良好的可再生性和可降解性，是一种环保型材料。在全球可持续发展的大背景下，ACF鞋垫有望成为传统EVA鞋垫的绿色替代品。通过优化生产工艺和回收利用技术，可以进一步降低ACF材料的环境影响，推动运动鞋垫行业的可持续发展。

综上所述

ACF材料在运动鞋垫领域的应用，是运动生物力学与材料科学交叉融合的典范。黄治官教授团队的研究成果不仅揭示了ACF鞋垫对运动表现和损伤预防的积极影响，更为运动鞋垫的创新设计提供了新思路。随着技术的不断进步和研究的深入，ACF材料有望在未来的运动装备领域发挥更大作用，为运动员带来更