鲨鱼怎样帮助人类突破极限？运动装备有哪些“科技与狠活”？

现在，越来越多人在闲暇时间投身于运动。正所谓，兵马未动，粮草先行。身边不少朋友纷纷购置了不少运动装备，管它用得上还是用不上，统统都给我备齐咯。论运动，咱可以是菜鸟。但论装备，咱必须得专业！说的是不是屏幕前的你？

那么，咱们普通人在运动时使用专业的运动装备到底有无必要？现在的运动装备里，确实不少的“科技与狠活”，今天我们就挑选一些来聊一聊。了解之后，我们来一起讨论。

鲨鱼皮泳衣：狠到被封禁的神器

首先，必须得请出一代神器——大名鼎鼎的鲨鱼皮泳衣。在2000年悉尼奥运会上，身披第一代鲨鱼皮泳衣的澳大利亚游泳名将伊恩·索普一举斩获3枚金牌，瞬间让这件泳衣名声大噪。到了2008年北京奥运会上，泳坛传奇菲尔普斯在第四代鲨鱼皮泳衣的助力下，一人独揽8枚金牌，也成就了鲨鱼皮泳衣的巅峰时刻。在短短一个月内，身穿该泳衣的运动员就打破了14项世界纪录，几乎隔天就有新的纪录诞生！

鲨鱼皮泳衣与菲尔普斯，一起铸就了泳坛神话

图源：sohu.com

然而，争议也伴随而来。越来越多的人认为鲨鱼皮泳衣破坏了竞技体育比赛的公平性，违背了运动比赛的本质。最终在2010年，国际泳联宣布禁止运动员身穿鲨鱼皮泳衣参加比赛。

鲨鱼皮泳衣，听着骇人，但可不是真的鲨鱼皮肤，而是仿照鲨鱼皮肤表面结构而制作的人造高科技泳衣。它的奥秘，全在于泳衣表面的微小结构上。

鲨鱼，海洋里的迅捷杀手，擅长高速游动进行捕猎。人们观察发现，鲨鱼皮肤表面并不光滑，而是布满了细小的鳞片状突起，看上去类似于一副“锁子甲”。

鲨鱼皮肤表面的“锁子甲”结构，帮助游泳运动员突破了一个又一个世界纪录

图源：参考资料[1]

粗糙的皮肤竟然能够帮助鲨鱼在水中所向披靡？乍一听是不是不太符合我们的常识？中学物理不是告诉我们，表面越是光滑，摩擦力才能越小吗？

实际上，科学研究发现，鲨鱼粗糙的皮肤表面反而能帮助它们提高在水中的运动速度。这是由于突起的结构会改变物体表面水流中的涡旋分布，从而减小了水对物体运动的摩擦阻力。

鲨鱼皮泳衣表面的微小突起结构能够改变水流中的涡旋分布

图源：参考资料[2]

在“师从自然”思想的指引下，人们采用具有弹性的高分子材料，制作出了具有类似表面结构的鲨鱼皮泳衣。同时，高分子材料的疏水性也能进一步降低水对身体表面的粘滞阻力。实验测试下，相比于其他泳衣，鲨鱼皮泳衣能减少3%的阻力。虽然比例不高，但在分毫见胜负的竞技比赛中，就能起到决定性的作用。

专业跑鞋：多重科技汇集脚下

我们脚下的跑鞋也有高科技。

马拉松之神基普乔格把人类马拉松跑的成绩首次带入了2小时以内。工欲善其事，必先利其器，他脚上的那双跑鞋就汇聚了多重科技。

基普乔格脚下的战靴，也是马拉松“破二”的功臣

图源：sohu.com

这双鞋的鞋底由轻质发泡材料与碳板构成。发泡材料有着极强的压缩-回弹变形特性，能够在跑步时提供充分的缓冲。

碳板是一种碳纤维的复合材料，起到稳定支撑的作用，其他板材相比，它更为轻盈，同时具有出色的刚性。正是由于这一特点，跑步者在跑动过程中脚底的弯曲程度会减少，这样每一次落地-离地过程中的能量消耗就会降低，从而让跑步更为高效。有研究[3]表明，在跑步者步频不变的情况下，碳板的添加能够带来更大的步幅、更高的腾空高度，还不会增加腿部肌肉的发力，仿佛能“推动”着人向前跑。

发泡材料与碳板搭配实现了跑鞋缓冲与支撑的平衡。除了这些新材料的运用，3D打印等增材制造技术也开始在一些跑鞋中得以应用。

想要一双独家定制的跑鞋？可以来试试3D打印

图源：news.qq.com

传统的模具和加工工艺限制了跑鞋的形状。而每个人的脚都是不同的，所以很难找到一双完美贴合的鞋。而3D打印技术能够根据个性化的需求把跑鞋一层层地“打印”出来。再结合拓扑优化等分析技术，还可针对脚掌不同区域的受力特点，进行材料空间分布的优化，从而给跑步者构建最佳的穿着体验。

MIPS头盔：科技守护运动安全

除了帮助提高运动表现，科技装备还能够让我们在运动时更加安全。时下骑行成为潮流，越来越多人也开始关注专业的骑行装备，MIPS头盔便是其中的明星。那MIPS头盔和普通头盔有啥区别呢？

看到那层亮黄色的东西没，那就是MIPS头盔的核心科技

图源：road.cc

MIPS，就是Multi-direction Impact Protection System（多方位冲击防护系统）的缩写。和普通头盔相比，MIPS头盔在内层与外层之间额外填充了一层薄薄的低阻尼材料。别小看它，这使得头盔内层可以相对外层发生10~15 mm的全方位转动。

MIPS系统可以让头盔内外层发生相对转动，以缓解侧向冲击对大脑的伤害

图源：torpedo7

为什么这么一点点的转动这么重要呢？在骑行、滑雪、攀岩等运动中，意外跌落时其实很少会出现头部垂直撞击地面的情况。更多的时候，头部会以一定的角度，或者带有一定的旋转，与地面发生冲击。然而，传统头盔在设计与检测时，都更多关心头部正面垂直撞击时的防护能力，所以会出现防护不当造成脑损伤的情况。MIPS系统则通过让头盔内外层发生转动，让头部“漂浮”在头盔内，这样可以使头部错开侧向或旋向的冲击，减少能量的直接传导，从而降低对大脑的伤害。

我们知道脑组织与颅骨之间存在着一层脑脊液。这层液体环境能让脑组织在颅骨内发生一定滑动，是天然的冲击防护屏障，MIPS的灵感正是来源于此。

问问自己，我真的需要吗？

面对这么多“科技与狠活”，是不是已经心动了？但在剁手拔草之前，可以先问问自己，我真的需要这些吗？

一些专业的运动装备，是为了提升竞技比赛的成绩而开发的，哪怕只是提升一丝一毫，也不惜花下更大的成本来打造。但对于我们大多数普通人来说，运动是为了锻炼身体，愉悦身心，成绩并不是最关心的。这时就要考虑一下是否值得也花这样的成本了。

就如上面提到的，神奇的鲨鱼皮泳衣据说7000元一件但只能穿6次，基普乔格的跑鞋也被提到只能跑4场马拉松比赛的距离。如果真想提升自己的运动表现，与其购置昂贵的专业装备，不如多花精力提升运动技巧。

而在进行较为危险的运动时，一些保护性的运动装备建议必须准备。毕竟，只有在保障安全的基础上，才能尽情享受运动的快乐。

总之一句话，在运动装备的选择上，丰俭由人，量力而行。但别忘了运动的初心与本质，就是享受这份健康与快乐！

看完这篇文章，赶紧去运动起来吧！

参考文献

[1] Karabetça A R. Nature inspired architectural designs: using biomimicry as a design strategy[C]. International Conference on New Trends in Architecture and Interior Design. Proceeding Book. 2015: 143-151.

[2] 杨绍琼, 李山, 田海平, 等. 湍流流动中鲨鱼皮表面流体减阻研究进展[J]. 力学进展, 2012, 42(6): 821-836.

[3] Hunter I, McLeod A, Valentine D, et al. Running economy, mechanics, and marathon racing shoes[J]. Journal of sports sciences, 2019, 37(20): 2367-2373.

作者：危安然，应用工程师，上海交通大学力学博士

编辑：He Huizi

题图来源：iheima.com

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