表面肌电图（EMG）传感器是客观量化安全鞋对下肢施加的生理负荷的决定性工具。通过直接捕捉皮肤表面的电信号，这些传感器测量关键腿部肌肉的具体激活水平，提供主观舒适度反馈无法提供的數據。
核心见解 虽然材料的硬度和回弹性等是物理指标，但EMG揭示了这些材料对工人造成的生物学成本。它确定特定的鞋子设计是否能有效减轻肌肉负担以防止过早疲劳，或者在长期使用中是否会无意中增加肌肉的劳损。
测量机制
无创数据采集
EMG传感器是无创的，附着在皮肤上，用于检测肌肉收缩期间肌肉纤维产生的电活动。
现代设备通常采用无线系统，这对于在没有电缆干扰的情况下监测自然的行走模式是必不可少的。
针对关键肌肉群
为了评估安全鞋，研究人员专注于承受承重任务主要压力的特定肌肉。
主要目标包括胫骨前肌（小腿前侧）、腓肠肌（小腿肚）和比目鱼肌。
补充分析还可以扩展到股直肌（大腿），以了解鞋类如何影响腿部的整个运动链。
连接材料与肌肉反应
评估中底性能
EMG在此背景下的核心功能是评估中底的硬度和回弹性如何影响肌肉激活模式。
如果材料太软或太硬，肌肉可能需要更努力地工作来维持稳定或吸收冲击。
EMG数据突出了这些激活峰值，识别可能导致长班期间过早疲劳的设计。
评估刚性和硬度
传感器还用于量化高刚性材料（如碳纤维鞋垫）的影响。
通过比较激活数据，研究人员可以看到增加的刚性是否提高了机械杠杆作用，或者仅仅增加了肌肉的负荷。
理解权衡
性能与肌肉负荷
EMG数据通常揭示了性能与生理成本之间的关键权衡。
高刚性材料可能提高能量传递或保护性，但它们可能同时增加胫骨前肌等特定肌肉群的负担。
优化的极限
数据驱动的设计功能强大，但需要平衡相互冲突的变量。
一个成功卸载小腿肌肉的设计可能会无意中将这种压力转移到大腿或小腿。
EMG确保这些转移能够及早被检测到，从而防止制造出只解决一个问题却又产生另一个问题的鞋类。
为您的目标做出正确选择
在解释用于鞋类选择或设计的EMG数据时，请将指标与您的具体安全目标对齐：
- 如果您的主要重点是预防疲劳：优先选择在中长期内显示腓肠肌和比目鱼肌总激活水平较低的中底材料。
- 如果您的主要重点是稳定性和支撑性：寻找能够显示胫骨前肌激活受控的刚性数据，确保硬度不会转化为过度劳损。
EMG将鞋类评估从主观猜测转变为精确的数据驱动科学。
总结表：
| 关键指标 | EMG测量重点 | 对安全鞋设计的影响 |
|---|---|---|
| 肌肉激活 | 胫骨前肌、腓肠肌、比目鱼肌 | 识别最小化或增加肌肉劳损的设计。 |
| 中底影响 | 硬度和回弹性响应 | 确定最佳缓冲以防止过早疲劳。 |
| 材料刚性 | 碳纤维/硬质鞋垫效果 | 平衡能量传递与穿着者的生物学成本。 |
| 运动链 | 整个腿部的肌肉负荷 | 确保稳定性而不将压力转移到其他肌肉群。 |
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参考文献
- Judith Osterloh, Rainer Bader. The effect of different midsole materials in safety shoes on perceived comfort, muscle activities, and biomechanical parameters during walking – a musculoskeletal modelling approach. DOI: 10.1080/19424280.2025.2472249
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