本期关键词
#多模态生物力学测试 无标记动作捕捉；三维测力台；足底压力分布；测力跑台；多设备同步采集
#跑步稳定性 垂直支撑承载；多向地面反力调控；侧向推进效率；制动缓冲控制；足底压强分布均匀性
#下肢生物力学 关节角度曲线；髋膝踝三平面运动；地面反作用力；关节力矩与功率；下肢负荷分析
#运动损伤预防 足底局部软组织过载；跟腱负荷评估；关节冲击吸收；足底压力集中缓解；抗反复冲击能力
#运动表现评估 纵跳最大高度；功率保持能力；运动后期稳定性；持续爆发力输出；耐力运动场景适用性
#生物力学研究范式 转向跑测试；反向运动跳；匀速跑负荷分析；切向地面反力特征；变向场景模拟
#跑鞋性能验证 代际迭代效能评估；缓冲-稳定-回弹协同优化；运动学-动力学同步整合；实证生物力学依据
一、研究背景
据中国田径协会统计，2025年全国共举办马拉松赛事594场，参赛总人次达454.09万。规律性跑步运动虽被证实可有效降低心血管疾病风险，但同时也是引发下肢运动性损伤的常见诱因之一。流行病学调查显示，马拉松运动员在训练与比赛期间，踝关节损伤发生率最高（34.5%），膝关节损伤次之（28.1%），跟腱病亦占较高比例（13.7%）。在此背景下，如何通过跑鞋科技的迭代升级以降低运动损伤风险并同步提升运动表现，已成为运动生物力学领域的重要研究方向。当前跑鞋科技的发展主要聚焦于三大维度：能量回馈效率、下肢稳定性控制及多维度穿着舒适性。
Adidas Boston系列作为经典的马拉松竞速训练鞋款，近期完成了从Boston 12至Boston 13的代际迭代。据官方披露，Boston 13在以下方面进行了针对性改进：（1）中底材料配方优化，以提升回弹响应；（2）外底纹路与橡胶布局调整，以增强多向抓地力；（3）鞋面结构升级，以改善包裹性与透气性。然而，上述设计改进是否在实际运动过程中体现出可量化的生物力学效能提升，尚需通过系统性实证测试加以验证。
本研究拟利用h/p/cosmos测力跑台，Xsensor鞋垫式压力分布测试系统、Qualisys无标记动作捕捉系统及Bertec三维测力台，对Boston12与Boston13两款跑鞋在足底压力分布、连续纵跳性能及转向跑生物力学特征等方面的差异进行对比分析，验证两代跑鞋的设计迭代是否体现出其预期的性能提升。
二、实验方法
1、受试者分组与测试方案
本研究招募受试者并依据其马拉松个人最好成绩（PB）分为三组，分别对应不同竞技水平：（1）全马完赛时间330组（大众进阶跑者）；（2）全马完赛时间305组（业余精英跑者）；（3）全马完赛时间245组（准专业跑者）。每位受试者须在随机顺序下分别穿着Boston 12至Boston 13两款跑鞋，完成三项生物力学测试。
2、测试设备
本研究采用多设备同步采集方案，具体包括：
· h/p/cosmos测力跑台：用于精确控制跑步测试中的速度与坡度，具备良好的速度稳定性和重测信度；
· Xsensor鞋垫压力分布测试系统：可实时记录足底前足、中足、后足三个分区的峰值压强、压力-时间积分及压力中心（CoP）轨迹；
· Qualisys无标记动作捕捉系统（含Theia自动识别算法） ：通过8台高分辨率摄像机采集受试者运动视频，Theia深度学习模型自动识别并重建人体关节位置，无需粘贴反光标记点，可消除标记点贴附误差，并使受试者运动表现更趋自然；
· Bertec三维测力台：用于采集地面反作用力（GRF）数据，与Qualisys系统通过TTL信号实现时间同步；
· Visual3D生物力学分析软件：整合运动学与动力学数据，自动生成关节角度曲线（髋、膝、踝三平面）、关节力矩与功率分析，以及GRF同步后的关节负荷计算结果。
3、测试流程
①跑步测试
受试者穿着Xsensor鞋垫式压力分布测是系统，在h/p/cosmos测力跑台上以各自对应配速完成匀速跑测试。不同配速条件下跑者的足着地模式、下肢关节角度及地面反作用力存在显著差异——配速越快，踝背屈角度越大、伸膝力矩越强、跟腱负荷越高。测试期间连续采集足底压力分布数据，用于比较两款跑鞋在不同速度下的负荷分散特性。
受试者在不同配速下在hp跑台上进行鞋底压力测试
②转向跑（cutting）测试
为模拟实际跑步中频繁出现的变向、转弯及急停等非直线运动场景，本研究设置45°切向跑测试，该动作被公认为评估鞋底扭转刚度、侧向抓地力及中底抗扭转性能的标准测试范式。受试者单脚着力于Bertec测力台完成45°变向动作：右脚着力时定义为右侧变向，左脚着力时定义为左侧变向。每侧肢体各采集3次有效数据，同步记录运动学与动力学参数。
受试者进行转向跑（灰色为bertec三维测力台）
③连续垂直跳（power jump）测试
为评估跑鞋中底在触地-蹬伸阶段的储能与释放效率，受试者在Bertec测力台上进行约10秒的连续双脚垂直跳跃（反向运动跳）。跳跃高度被用作反映鞋底能量回馈水平的直接指标——跳跃高度越高，表明中底材料能量回馈越充分；连续跳跃中的功率衰减率则用于评价中底材料在重复加载条件下的能量损失程度，衰减越慢说明鞋底结构对反复冲击的响应越稳定；此外，连续跳跃中功率的递减模式亦可用于反映下肢在长时间运动中神经肌肉疲劳的累积效应。
受试者在bertec三维测力台上进行连续反向运动跳
三、实验结果
1、跑步测试：足底压力分布特征
足底压强热图对比显示，Boston13相较于Boston12在足底各分区（前足、中足、后足及拇指区）的压强分布更为均匀，局部峰值压强显著降低，更为舒适。
Xsensor压力分布对比（越红代表压强越大，框线中为前脚掌和大拇指）
从箱线图结果来看，Boston12（蓝色）在多个测区的峰值压强数据离散程度较大，而Boston13（红色）不仅有效降低了足底局部压力集中现象，且在个体间及重复测试间的压强分布稳定性上均表现出明显优势。该结果表明Boston13不仅能有效降低足底局部压力，还能提升不同个体或重复测试间压强分布的稳定性。
Boston12与Boston13两种条件下受试者左、右脚足底峰值压强的分布特征
2、转向跑测试：多向地面反力特征
在转向跑动作中，综合地面反力三轴分量及功率衰减数据，Boston13的总体表现优于Boston12。具体而言，Boston13在垂直方向（Z轴）具备较高的承载水平，同时在前后方向（X轴）表现出更平缓的制动冲击，在左右方向（Y轴）呈现出更高效的侧向推进特征。上述结果表明，Boston13通过提供更稳定的垂直支撑基础，为多方向力的产生提供基础条件，从而优化整体换向与推进表现。
转向跑中，X Y Z 方向切向地面反作用力特征（不同跑鞋条件）
3、连续垂直纵跳测试：跳跃高度与功率衰减
对不同配速组受试者的纵跳高度按跳跃次数进行汇总分析，结果显示：Boston13（橙色）在各跳跃次数下的平均跳跃高度普遍高于Boston12（蓝色）；但随着受试者竞技水平提升（即配速加快），两双跑鞋之间的跳跃高度差异逐渐收窄。这一趋势表明，Boston13相对于Boston12的纵跳性能优势在大众跑者（全马330组）中体现得更为显著。
不同配速受试者不同跳跃次数所对应的跳跃高度
如上图，Boston13的跳跃高度相对会高一些，速度越快，Boston12和Boston13的跳跃高度的区别越不明显，说明Boston13相对于Boston12在大众选手中更有优势（全马330）。
进一步对纵跳动力学参数进行量化比较（见下表），Boston13在最大跳跃高度、功率衰减率及运动后期高度稳定性三项指标上均优于Boston12，其中功率保持能力（即衰减率抑制）的优势最为突出，提示Boston13更适用于需要持续爆发力输出或长时间耐力的运动场景。
如上表所示，Boston13在最大高度、功率衰减率和运动后期稳定性上均优于Boston12，尤其在功率保持能力上优势显著，适合需要持续爆发力或耐力的运动场景。
四、研究结论
本研究基于跑步机匀速跑、转向跑及连续垂直纵跳三项测试，综合运用足底压力分布测量、无标记动作捕捉及三维测力技术，对Adidas Boston 12与Boston 13两代跑鞋的生物力学性能进行了系统对比。主要结论如下：
①在足底负荷分布方面，Boston13显著改善了Boston12存在的局部压力集中问题，实现了更为均匀的全足承重，有助于降低长时间运动中足底局部软组织过载风险。
②在多向地面反力调控方面，Boston13在垂直承载、制动缓冲及侧向推进三个维度上均表现出更优的力学特征，尤其适用于包含频繁变向的复杂跑步场景。
③在能量回馈与抗疲劳性能方面，Boston13在最大跳跃高度、功率衰减抑制及运动后期稳定性上均优于Boston12，且其性能增益在大众跑者（全马330组）中最为明显，提示该代际升级对中低速长距离跑者具有更高的实用价值。
使用theia自动识别视频中人体骨骼从而计算其关节角度和关节力矩
转向跑—Qualisys无标记系统在visual3D使用paf跑出的报告（关节角度）
受试者穿着Xsensor鞋垫在hp跑台进行跑步及软件计算的统计学数据
综上所述，Boston13跑鞋通过中底材料配方优化、外底结构调校及鞋面包裹性升级，在缓冲性能、多向稳定性及抗反复冲击能力方面实现了对Boston12的系统性提升。本研究为跑鞋设计迭代的生物力学验证提供了实证依据，亦为不同水平跑者的鞋具选择提供了参考。
本研究所涉及的整套测试方案设计、多设备同步数据采集及生物力学分析报告，均由赢富仪器提供一站式技术支持。如您对本测试方案、设备配置或数据分析流程感兴趣，欢迎致电赢富仪器4006-111-556详询！
