表面肌电图（EMG）传感器通过捕捉下肢肌肉的实时电信号来评估鞋材，从而量化运动所需的生理努力。通过将传感器连接到特定的肌肉群，研究人员可以客观地测量肌肉激活水平，确定刚性材料是否会增加代谢负担并导致过早疲劳。
EMG 技术将主观的“鞋子舒适度”概念转化为客观、可操作的数据，精确地揭示了材料刚度如何影响性能稳定性与肌肉疲劳之间的权衡。
捕捉生理信号
针对关键肌肉群
为了准确评估鞋子，传感器被放置在控制稳定性和推进力的核心下肢肌肉上。
胫骨前肌（小腿前侧）和腓肠肌内侧头（小腿肚）是分析的主要目标。在更广泛的应用中，还会监测腓骨长肌以评估侧向稳定性。
测量激活强度
当肌肉收缩时，传感器会记录产生的电活动。
更强的电信号与更高的肌肉激活相关。如果在标准运动过程中，特定鞋材导致这些信号飙升，则表明肌肉正在更努力地工作以维持平衡或产生力量。
实时数据收集
现代无线 EMG 系统允许在主动运动过程中捕获这些信号。
这揭示了预激活模式，显示肌肉在脚接触地面之前如何为冲击做准备。这种实时循环对于理解脚与鞋的动态相互作用至关重要，而不是静态的。
分析材料刚度和设计
高刚性的代价
碳纤维鞋垫等硬质材料常用于提高能量回馈和性能。
然而，EMG 数据经常显示，这种性能提升是以生理成本为代价的。高刚性材料通常会增加特定肌肉的激活负担，与更灵活的替代品相比，导致疲劳的发生速度更快。
评估鞋领刚度和支撑性
除了鞋垫，EMG 还评估了高帮鞋等结构性元件的鞋领刚度影响。
鞋领刚度数据有助于研究人员确定多少脚踝支撑是有益的。目标是找到一个“最佳点”，即材料提供保护，同时又不引起不必要的肌肉预激活或限制自然运动。
理解权衡
性能与疲劳
很少有“完美”的材料；只有最适合特定活动的折衷方案。
EMG 分析揭示了性能特征与肌肉负担之间的直接联系。虽然硬质材料可以稳定脚部，但为了对抗这种刚性而增加的肌肉激活可能会降低整体耐力。
稳定性与生理自由度
过度的支撑可能与缺乏支撑一样有害。
如果材料过度限制脚部，小腿肌肉必须过度补偿才能实现正常的步态模式。这种过度补偿在 EMG 上表现为升高的信号幅度，这是过早肌肉疲劳的明确前兆。
为您的目标做出正确选择
通过利用 EMG 数据，设计师和工程师可以摆脱猜测，为特定目标优化鞋子。
- 如果您的主要重点是巅峰表现：优先选择碳纤维等高刚性材料，以最大限度地提高能量回馈，但要接受这可能会增加长时间的肌肉激活和疲劳。
- 如果您的主要重点是耐力和舒适度：选择显示较低 EMG 信号幅度的材料，确保鞋子提供必要的保护，而不会给穿着者带来额外的生理负担。
EMG 分析提供了平衡结构支撑与生物效率所需的决定性证据。
总结表：
| 特征 | 评估方法 | 影响/权衡 |
|---|---|---|
| 肌肉群 | 胫骨前肌、腓肠肌上的传感器 | 量化稳定性和推进力的努力程度 |
| 材料刚度 | EMG 测量激活水平 | 硬质材料增加疲劳与性能的权衡 |
| 鞋领刚度 | EMG 测量预激活 | 平衡脚踝支撑与自然运动 |
| 总体目标 | 实时数据分析 | 为巅峰表现或耐力优化鞋子 |
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参考文献
- Myeonghoon Ko, Shuping Xiong. Acute Effects of Carbon Fiber Insole on Three Aspects of Sports Performance, Lower Extremity Muscle Activity, and Subjective Comfort. DOI: 10.3390/s23042154
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