在鞋底安装金属点接触段的主要目的是在人体步态分析过程中机械地隔离特定的力。通过将鞋子与地面的接触界面减小到极小的表面积，研究人员可以有选择地消除垂直自由力矩 (VFM)——即脚部绕垂直轴产生的摩擦力矩。
通过将鞋子转化为点接触系统，研究人员有效地“关闭”了行走过程中通常存在的摩擦力矩。这使得能够独立分析垂直自由力矩如何影响行走稳定性和躯干协调性。
点接触段的力学原理
创建点接触效应
标准鞋类允许与地面进行大面积接触。这提供了显著的摩擦力和稳定性。
金属段通过急剧减小接触面积来改变这种相互作用。这会产生特定的点接触效应，从根本上改变力从地面传递到身体的方式。
消除垂直自由力矩 (VFM)
垂直自由力矩是脚部与地面旋转时由摩擦产生的力矩。它作用于垂直轴。
对于标准的平底鞋，这种摩擦力很大。然而，对于点接触段，该摩擦力的力臂被消除了。这种机械干预有效地消除了 VFM，将其从步态方程中移除。
研究应用
隔离稳定性变量
人类行走稳定性依赖于力的复杂相互作用。确定哪种力对平衡的哪个方面有贡献通常很困难。
通过移除 VFM，研究人员可以观察身体在 VFM 缺失时的反应。这揭示了 VFM 在步态周期中维持平衡的特定作用。
分析躯干协调性
上身（躯干）与腿部协调以管理旋转动量。这种协调部分取决于地面反作用力。
当 VFM 被消除时，研究人员可以跟踪躯干运动的变化。这些数据有助于确定地面摩擦力矩对于正常上身协调的重要性。
理解权衡
人工步态条件
需要认识到这是一种人工改造。在金属点上行走并不代表自然的行走条件。
收集的数据反映了一种特定的实验条件——“无 VFM 行走”。它应被解释为对生物力学系统的压力测试，而不是对自然步态的代表。
平衡影响
减小接触面积自然会损害支撑基础。
虽然这是研究的预期目标，但它本身就会使受试者不稳定。研究人员必须区分由 VFM 缺失引起的不稳定性和仅仅因在小金属点上保持平衡而引起的不稳定。
为您的目标做出正确选择
如果您正在设计一项生物力学研究，请考虑点接触段的以下应用：
- 如果您的主要重点是隔离旋转力：使用这些段来抵消基于摩擦的力矩，使您可以将垂直自由力矩视为一个独立变量。
- 如果您的主要重点是研究代偿机制：使用此设置来引发并观察当标准的地面反作用力矩不可用时，躯干和臀部如何适应。
这种改造是证明垂直自由力矩在人类运动中功能必要性的决定性方法。
摘要表：
| 特征 | 标准鞋底 | 点接触鞋底 |
|---|---|---|
| 接触面积 | 大 / 全表面 | 最小 / 单点 |
| 摩擦力矩 (VFM) | 高（自然存在） | 消除（机械隔离） |
| 主要研究目标 | 自然步态分析 | 稳定性和协调性变量 |
| 躯干协调性 | 正常参与 | 代偿性适应 |
| 稳定性水平 | 高 / 自然 | 低 / 人工压力测试 |
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参考文献
- Takuo Negishi, Naomichi Ogihara. Functional significance of vertical free moment for generation of human bipedal walking. DOI: 10.1038/s41598-023-34153-4
本文还参考了以下技术资料 3515 知识库 .
