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与 NEXT% 比赛的比赛!

文章: JOE LINDSEY     翻译: 陈成 新型中底材料打破了世界纪录,同时也改变了我们的跑步方式。 一开始,Nike并未向Rodger Kram和Wouter Hoogkamer透露太多有关新鞋设计雏形的信息,这是2017年。 “我们了解到它用了一种叫做Pebax的新材料,他们向我们展示

与 NEXT% 比赛的比赛!

与 NEXT% 比赛的比赛!
文章:
JOE LINDSEY     翻译:
陈成

与 NEXT% 比赛的比赛!

新型中底材料打破了世界纪录,同时也改变了我们的跑步方式。

一开始,Nike并未向Rodger Kram和Wouter Hoogkamer透露太多有关新鞋设计雏形的信息,这是2017年。


“我们了解到它用了一种叫做Pebax的新材料,他们向我们展示了碳板,”Kram回忆道。Kram是一位运动生理学家,也是科罗拉多大学博尔德分校运动实验室的长期主任,当时他和博士后研究员Hoogkamer正在撰写一篇期刊论文,该论文于2017年3月发表,详细介绍了精英跑者可能会如何冲破马拉松比赛神话般的两小时大关。

他们详细介绍的一个因素是鞋子的设计,而当时他们也拿到了一款新的竞速跑鞋原型正在进行测试,这款鞋就是后来面世的ZoomX Vaporfly 4%。

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Kram说,很难解释鞋子的设计将如何帮助打破两个小时的纪录,因为尽管他们已经完成了对原型鞋的测试,但他们无法将未经同行评审的数据写入一篇同行评审的期刊中。因此,他们将重点放在了中底材料的重量上,根据先前的研究,他们估计这可以将运动员的跑步经济性提高约1%。

现麻省大学阿默斯特分校教授Hoogkamer说“当时的世界纪录是2014年,肯尼亚人Kennian Dennis Kimetto的记录2:02:57是穿着Adidas跑鞋保持的。”

但是,他补充道:“我们并不是说发泡材料更好;我们的意思是‘Boost很重,也许减轻它的重量会更好。’’


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至于对Vaporfly的测试,Rodger Kram和Wouter Hoogkamer从一个简单的问题开始着手:它是否更快?

次年5月,Nike用Breaking2给这个问题提供了一个预告答案,肯尼亚的Eliud Kipchoge在意大利蒙扎赛道上跑出了距离2小时大关不到25秒的成绩。虽然没有成功打破2小时,但比起基米托的记录已经有了惊人的进步,而且跑者们也对这约2%时间缩减的原因有所争议——特平赛道、配速员、作为索引车的巨大车载时钟,或是基普乔格穿的原型鞋。


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Rodger Kram和Wouter Hoogkamer的下一篇研究报告发表于那年秋天,标题是《马拉松竞速跑鞋的能量消耗比较》,它提供了更为明确的评估结果。该原型鞋与当时的两大顶尖鞋型进行了对比,一款是Nike的Zoom Streak 6,另一款是基米托在2014年穿的Adidas Adizero Adios Boost 2,对比结果是该原型鞋将所需的跑步能量减少了4%。

Rodger Kram和Wouter Hoogkamer计算出的这个能量减少数值“应相当于可以把马拉松世界纪录的速度(20.59 km / h)提高约3.4%” 。而且,因为他们将三个测试样品的鞋重进行了归一化,所以他们计算出的能量减少并非是由跑鞋较轻导致的。


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该研究马上引发了争议。因为这项研究是由Nike资助的,发起人(克拉姆同时也担任付费咨询师)以及两名Nike的员工Geng Luo和Emily Farina是文章的共同作者。后续与Nike公司无关的研究证实了该结果,尽管这些研究的样本量都很小,而且产生的效果各不相同。

随即,人们开始质疑碳板的作用。运动生理学家Ross Tucker在他的《科学体育》博客上写道:“任何插入鞋中号称可以增加能量反馈的装置都应予以禁止。”Tucker塔克坚持认为该板从本质上来说是弹簧,并指出Nike在以前的专利中都把碳板称为弹簧。


在对碳板的争论中,发泡材料本身的作用被忽略了。
在最初的研究,以及2018年初涉及生物力学的后续研究中,Rodger Kram和Wouter Hoogkamer指出了改善跑步经济性的一个主要贡献因素:“就目前而言,Nike原型鞋的弹力特性为所需跑步能量的减少提供了最佳的解释。”简而言之,新型发泡材料的弹力明显,能够使跑者跑得更快。

Nike将这种发泡材料命名为ZoomX,它把跑鞋的设计和材料带入了一个新的时代,尤其对于中底发泡材料而言。虽然突破性发泡材料的研发竞赛开始于2013年Adidas首款配备Boost的跑鞋,但Nike Vaporfly 4%和Next%正如其命名的一样,大胆的性能设计带来了效率提高,也改变了行业的现状。On Running的联合创始人奥利维尔·伯恩哈德(Olivier Bernhard)说:“我们在制作大底的时候,重点是重塑缓冲。如今,所有人讲的都是耐久度、弹性和回弹。”


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随着制鞋厂商继续努力改善跑鞋性能,并且有越来越多的研究表明下一代材料带来的温和但不可否认的好处,发泡材料之战只会愈演愈烈。

业余跑者Andy Jacques-Mayne非常清楚这种行业现状的改变。Jacques-Mayne是一名前自行车手,这项运动追求技术细节和边际收益,会使人着眼于哪怕是最微小的效率提高。名义上,他是一名典型的Vaporfly买家,他指出:“从性能的角度来看,购买据说可以提供自由速度的鞋子听起来不错”,但这不是他唯一考虑的点。
但对于Jacques-Mayne,和许多跑者一样,发泡材料技术是之后才考虑到的。

近50年来,跑鞋的核心技术,中底发泡材料,其实几乎没有什么改变。从Bill Bowerman的Nike Cortez到当今的大多数鞋子,选择的材料基本都是EVA,也就是乙烯醋酸乙烯酯。直到最近,才慢慢开始有所改变。


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EVA是一种理想的中底材料:发泡材料的中底非常的轻,并具有出色的缓冲性能。至关重要的是,它也很便宜,并且很容易制成发泡鞋材。凭借数十年的经验积累,制鞋厂商和发泡鞋材制造商将原始的EVA制成发泡中底夹层,或是压缩的中底夹层,制造商们几乎没有对配方和制造工艺进行调整,使得跑鞋的脚感各有千秋。

但它也存在缺点:EVA的性能高度依赖于温度;在天热的时候,它更偏向于棉花糖一般的质感;而在天冷的时候,中底会变硬并失去缓冲性能。这种材料的压缩永久变形较大,这意味着它开封后会很快永久性地失去缓冲性能。并且,尽管这种材料能够提供良好的缓冲性能,但它的能量回馈性能并不好,能量回馈性能指的是当鞋底压缩然后回弹时会将一部分的力回馈给跑者。

尽快发泡材料供应商们可以调整EVA的性能,但他们无法完全克服这些基本的限制,因为这些材料都已经经过加热制成其当前的化学成分。Polymer Solutions的创始人Jim Rancourt博士说:“EVA就是所谓的无规共聚物”,他是一位在塑料领域拥有40年经验的材料科学家,并且长期坚持跑步。乙烯是用于制造牛奶壶等产品的硬质塑料。醋酸乙烯酯基本上是Elmer牌胶水。把它们结合起来,并根据每种组分的比例进行调整,你可以得到一种固体但有弹性的产品。但这些就是所有我们能够掌控的部分了。

Rancourt说:“我常常用乐高来打比方。”假设乙烯(硬组分)是蓝色的积木,醋酸乙烯酯(软组分)是黄色的积木。制鞋厂商能够要求发泡材料供应商调整混合物中各组分的含量,但是和其他材料不同,EVA的蓝色和黄色积木会以随机的方式连接。该基本比例是用来控制诸如软度之类性质的粗略方法。另一种方法是通过改变放入模具中的发泡材料数量来改变发泡材料的密度,但是密度较小的发泡材料通常会更快地失去其回弹特性。

最后一种选择是将EVA与其他材料混合,或者完全使用其他材料。制鞋厂商多年来一直在试图寻找替代品,历史可以一直追溯到1978年Nike最初的Air Tailwind和其气垫。1980年代,Saucony(该公司尝试使用DuPont公司的一种名为Hytrel的材料)人类表现部门的副总裁Spencer White说:“就像我们现在正在使用的发泡材料一样,它的弹性良好,但我们始终无法想出怎么能够降低它的成本以使得它能够制成整个中底。

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Nike Air Tailwind


直到2007年,德国化工公司BASF找到了一种方法,将热塑性聚氨酯(TPU)膨化或膨胀成小的海绵状颗粒,它受到挤压的时候会迅速回弹。把这个产品被称为Infinergy,但BASF一直在努力寻找这种产品的应用场景。直到他们想出了一种办法,可以将颗粒融合到单层发泡材料中,也就此与Adidas签署了独家鞋类许可,这个产品就是2013年首次亮相的Boost。

但是,可能没什么比跨国化学公司Arkema研发的名为Pebax的塑料更具革命性的了。

和其他塑料一样,Pebax已经面世数十年了。它以固体的形式,增加了硬质滑雪靴外壳的灵活性,并且也应用在了心脏导管中。但这种发泡材料直到2004年才获得专利,Nike和Reebok公司率先将其应用在了跑鞋上。

Pebax是一个商标名,它的全称是聚醚嵌段酰胺(PEBA)。和TPU一样,它也是所谓的嵌段共聚物,这对其材料优势至关重要。套用兰考特的乐高理论,Pebax也是由积木制成的。但Arkema公司并不是将这些积木随机排列的,他们可以把同种颜色的积木连接成积木链,通过改变这些积木链的长度,可以精确地改变硬组分和软组分的比例,以定量控制缓冲和回弹性能。

Arkema技术聚合物部门的首席营销官Kevin Hanrahan说:“作为一个产品,Pebax并不是一种特定的物品。它是一整个从非常硬到非常软的范围,你可以在不牺牲其软度的前提下获得聚醚的能量回馈特性。兰考特说,TPU或者其他嵌段共聚物也是如此。


但在某些方面,它相对于其他材料的确具有一些优势。例如,重量:Arkema称Pebax比基于TPU的发泡材料(如Boost)轻20%。反过来,TPU的优势是使用寿命更长,因为它比Pebax或EVA的压缩永久变形更小。TPU和Pebax均可以在较大的温度范围内提供稳定的性能。在这些发泡材料中,Pebax的标志性优势也许是它的回弹性能,或者说是它的能量回馈性能。

说是“能量回馈”可能有点用词不当;它更像是“更少的能量损失”。任何发泡中底在承受负载的情况下都会在脚着地时储存一定的能量,并在跑者脚离地时回弹。对于采用EVA发泡中底的跑鞋,根据其配方的不同,它的能量回馈范围也很广,但总的来说,它们的回馈率约为65%至70%。像Boost这样的TPU材料能量回馈性能更好,可以达到70%至76%。但Runners’ World测评过的能量回馈性能最好的两款鞋是Vaporfly 4%和4% Flyknit,它们在耐弯折和回弹力的测试中提供了高达82%的能量回馈。(克拉姆和霍格默测出的结果更高,达到了87%)。


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为什么能量回馈这么重要呢?杨百翰大学的运动科学教授Iain Hunter发现了一条线索,发表在了2019年6月Journal of Sports Sciences上,在这项研究中他试图复现2018年霍格默和克拉姆的能量消耗成本比较的研究。这两项研究都发现,跑者穿Vaporfly时步幅更大,这从提高效率的角度上来看是很有意义的:步幅越大,相同步频的情况下,速度越快。

但Hunter还测量了一些CU研究中未测量的参数,比如说垂直振动——基本上是跑者每次跨步时弹跳的高度。亨特发现,Vaporfly会让跑者反弹得更高,而这常常会和降低跑步经济性挂钩。“除非这一过程不是由身体产生能量来完成的”。他的理论是:与其他发泡材料相比,Vaporfly鞋底的回弹性能可以为跑者回馈更多的能量,从而在一定的触地时间内产生更大的步幅。

Hunter还认为,由于Pebax比基于TPU的Boost更软,所以其压缩的形变更大,从而使得回弹力更大。“压缩阶段存储的实际焦耳或能量单位要高得多,因为这双跑鞋非常软


CU研究发现Vaporfly的冲击峰值力略高(与BYU研究相反),但由于跑鞋非常软,所以霍格默认为这给跑者的感觉会更柔和,使其能够获得更大的步幅。这在整个赛季中,可能和在一场比赛中一样重要。


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在2019年7月的鞋类生物力学会议上,Nike的研究科学家Brett Kirby提交的数据显示,穿Vaporfly的跑者肌肉损伤的概率小于穿其他鞋型的对照组。肌肉酸痛的减轻意味着他们可以承受更高的训练负荷。


无论采用何种机制,它都是有效的。
除了CU和BYU的研究外,大峡谷州立大学的运动科学教授Kyle Barnes博士还发现了它与Adizero Adios Boost 3存在相似的跑步经济性改变。

而且,《纽约时报》的Upshot以更混乱但样本量更大的方式,从Strava等公开数据中检查了大约50万次的马拉松时间并得出结论,平均而言,穿Vaporfly跑者的速度比大多数穿其它跑鞋的类似跑者高出3-4%,并且比第二快的Nike Zoom Streak快出了1%。(作者指出,“分析表明,两名具有相同实力的马拉松运动员比赛,穿Vaporflys的跑者将拥有实际优势。”)

由于有了这些数据,加上Nike积极的市场营销,制鞋厂商们都竞相研发更快的发泡材料以及更智能的使用方法。怀特说,Saucony多年来已经测试了数十种发泡材料,并差点在Adidas抢占独家许可之前使用了Boost。

On Running具有CloudTec系统和Helion等新型发泡材料。Reebok在其Floatride的中底中使用了Pebax。Under Armour在其Hovr产品线中使用了一种名叫Infuse的TPU发泡材料。Skechers的Hyper Burst发泡材料是一种注入了CO2的EVA材料,而Brooks Levitate的DNA AMP中底是BASF公司生产的另一种聚氨酯发泡材料,称为Elastopan。

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在这些材料中Pebax并不是唯一的PEBA材料;也可以使用德国化学公司Evonik生产的一种名叫Vestamid的类似材料。另外,Adidas在发泡材料方面没什么大动作,除了在调整诸如Boost HD等中底技术的版本之外,据说正在研发一款新鞋,该鞋型已经在柏林马拉松赛上进行了测试,这可能将成为其应对Pebax的方案。(这双鞋已经在跑野的办公室里,目测无特别大的变化)

如果简单的跑鞋更换选择能够缩短6分钟的比赛时间,那么在马拉松为了破三的大多数跑者都可能会立即行动。但是Pebax发泡材料的两个缺点是成本高和压缩永久变形大。一双Vaporfly 4%或Next%的售价为$250,对于一双鞋来说价格很高,而且可能只能穿着参加几次比赛就坏了。这远远超出了大多数跑者愿意支付的费用。

Saucony的怀特说:“整个跑鞋市场略有攀升,但[平均价格]还是在$120到$130之间。在大型比赛中,你会在快速跑者中看到很多高端鞋,但后面的高端鞋比例会快速下降。

除了成本问题外,跑者还会因为很多其他原因而钟爱某款鞋型,例如适合自己脚的形状,以及支持其跨步和生物力学的设计。卡尔加里大学的运动科学家Benno Nigg博士于2015年对跑鞋和运动损伤的研究进行了系统回顾。他建议跑者“使用他们自己的直观感受选择一款舒适的产品,让自己保持在优选的运动路径上”。

发泡材料,尤其是新的超软弹力材料,似乎恰好符合这一预期。但这目前还是一个尚未解决的问题,即究竟有多少跑者真正在意它,不管它是叫ZoomX、Boost还是其它名字。Saucony的怀特说:“我怀疑大多数跑者都不知道我们在说什么,大多数人可能只是想要一双穿着感觉很棒的好鞋。


关于如何提供性能优势的讨论仍在不断地发展,包括确切的发泡材料配方,这些配方通常是会在基础材料上有所区别。例如,Nike的Pebax版本提供了出色的能量回馈,但Reebok的几双顶尖鞋型,虽然使用了基于Pebax的Floatride发泡材料,但其在RW测试中的结果只与优质的EVA鞋相当,低于Boost或ZoomX。

而且我们仍不清楚跑鞋设计的其他方面为跑步经济性的改善贡献了多少,例如气垫或碳纤维板,是否是因为这些元素充当了推进弹簧,或是是否它们只是稳定了软性发泡材料以使其能够最大化能量回馈的效果。

Nike运动研究实验室的Emily Farina在鞋类生物力学会议上的另一次演讲中展示了一些数据,这些数据表明,根据形状的不同,Vaporfly中的碳板在推动跑步经济性方面发挥的作用可能会比研究人员们设想的更大,尽管准确的作用机制并未得到解释。


如果像Nike这样拥有一个专门研究此类问题部门的公司,知道些什么,他们也不会公之于众的。该公司拒绝了让法瑞纳和其他运动研究实验室工作人员接受采访的多次请求,但是通过电子邮件回应了一条一行长的声明:“Nike ZoomX Vaporfly Next%和Nike Zoom Vaporfly 4%的神奇之处在于其整个系统,是由所有的元素协同工作发挥效用,而不仅仅是任何单一成分的功劳。

这听起来像是乏味的官方话术,但这里可能还包含了更多的信息。Nike与Vaporfly相关的多项专利中有一项正在申请的专利是在2018年提出的,申请的专利名为“鞋底结构的堆叠式缓冲装置”,该设计与INEOS 1:59挑战中基普乔格穿的跑鞋看起来很相似。该专利详细介绍了一种多层独立发泡材料的跑鞋设计,其中包含了多达三块的碳纤维板,以及两对夹在碳板之间的装填流体的前足缓冲腔。这很显然,碳板是非常重要的。


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Pebax现在很昂贵,但随着发泡中底供应商们掌握了更有效的生产技术之后,其成本可能会下降。尽管像Vaporfly这样的“光环产品”现在很畅销,但Nike最终可能会选择将其研发成本分散到更多更便宜的的鞋型上。

EVA尽管存在着这么多缺点,但它却并没有退出舞台:它仍然很轻巧、便宜而且易于调整。“On Running的新Helion发泡材料是一种基于EVA的产品,” 伯恩哈德补充道,“一开始,公司尝试使用EVA和聚氨酯发泡材料的混合物,但在测试中,他们发现EVA鞋底的结构效果最好。

On Running的经验表明,未来的突破可能来自于鞋底设计或夹板之类的结构元素,也可能来自于新型发泡材料,尽管兰考特说,存在其他嵌段共聚物可能提供与Pebax类似的性能特征。

尽管优点如此之多,但Pebax也并未统治跑鞋市场。如果Vaporfly等鞋型不具备广泛可用性,或是没能突破成本瓶颈实现大幅降价,那Pebax可能无法实现其统治地位。Nike本身似乎承认了这一点,也研发了一种面向比赛的Zoom Fly 3鞋型,这个鞋型几乎是Vaporfly的克隆版,连碳板都一样,不同的是,它是用React发泡材料制成的。这双鞋的售价便宜了$90。

尽管有其竞争对手的功劳,加上非Nike运动员对于设备规定的呼吁,但Nike还是在发泡材料之战中一直保持了领先的地位,从2019年Vaporflys赢了柏林、纽约和芝加哥的马拉松比赛开始,基普乔格还穿着最新的原型鞋打破了2小时的大关。但最终,Vaporflys之类制鞋技术的命运将由跑者们决定,而不是制鞋公司们,需要考虑的不仅仅是性能,还包括了合脚度甚至是运动哲学。

就像意识到骑行形式对于他自行车职业的重要性一样,雅克·梅恩说,他会一直密切关注自己的运动生物力学以及步伐(中足触地,脚跟稍稍触地)。他尝试过Hoka One One、 Adidas和Nike等多个品牌的跑鞋,但最后选择用New Balance的880来训练,因为它能够提供中立的支持,并且具有“恰到好处”的填充量。


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在他刚开始跑步的时候,Vaporfly还没面世,所以他在寻找合脚的跑鞋时并没有尝试过Vaporfly。但他补充道,即使在现在,他也对于通过改进训练和跨步机制获得的收益更感兴趣。

他说:“我是一个新手,拥有巨大的动力,因此提高机械和肌肉力量来提高速度是非常重要的”。并且,他对于还未实现的进步有所警惕。他说,虽然将PB降低4%的想法听起来很不错,但他觉得并没有尝试Vaporfly的必要。



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