表面肌电图（EMG）传感器是机械设计与生物反应之间的关键桥梁。它们之所以必要，是因为它们能够客观地量化运动过程中下肢肌肉（如胫骨前肌和腓肠肌）产生的电信号。通过监测这些信号，研究人员可以精确地确定鞋底硬度的不同水平如何决定肌肉必须做多少功。
通过将鞋子的物理刚度转化为生理数据，EMG传感器揭示了运动的无形成本。它们区分了由硬底引起的肌肉活动增加是作为有益的强化机制还是过早疲劳的来源。
测量机制
捕捉无形信号
EMG传感器提供了一种非侵入性方法来实时监测肌肉的电活动。
这些传感器不是依赖佩戴者的主观反馈，而是检测发送到关键肌肉群的实际神经驱动。
针对关键肌肉群
该技术专注于控制运动和稳定性的核心下肢肌肉。
主要目标包括胫骨前肌（小腿前部）和腓肠肌（小腿肌肉）。监测这些特定区域可以清晰地了解脚通过鞋子与地面如何相互作用。
量化工作量
在这种情况下使用EMG的主要目的是测量肌肉工作。
数据显示，鞋底的机械性能与运动所需的生物能量之间存在直接相关性。
解读硬度-活动关系
刚度的影响
研究表明，鞋底硬度直接影响肌肉激活水平。
特别是，更硬的鞋底往往会增加腓肠肌的肌肉活动。高刚性材料，如碳纤维，会改变脚的生物力学，迫使特定肌肉更剧烈地收缩。
区分强化与疲劳
EMG传感器提供的数据对于对鞋子设计的意图进行分类至关重要。
如果一双鞋是为训练设计的，肌肉活动的增加是强化足部肌肉的积极指标。相反，对于耐力或舒适型鞋类，同样的增加信号表明存在过早肌肉疲劳的风险。
客观性优于感觉
EMG用数据驱动的见解取代了猜测。
虽然用户可能会感觉“快”或“不舒服”，但EMG量化了负担，使开发人员能够根据生理极限而不是仅凭感知来优化鞋类舒适度。
理解权衡
性能与生理负担
根据EMG数据选择鞋底材料时，通常存在功能上的权衡。
高刚性材料可能会提高机械性能或能量回馈，但EMG数据显示它们同时会增加特定肌肉的负担。
优化的极限
EMG数据有助于识别鞋子设计的“临界点”。
一个有效降低目标肌肉负荷以预防伤害的设计，可能会无意中损害达到最佳运动推进所需的刚度。
为您的目标做出正确选择
在分析鞋底硬度与肌肉活动之间的关系时，“最佳”结果完全取决于鞋类的预期用途。
- 如果您的主要重点是运动训练：寻找EMG数据显示腓肠肌激活增加的设计，因为这表明鞋子有助于强化足部肌肉。
- 如果您的主要重点是减轻疲劳：优先考虑EMG读数显示电活动降低的设计，这证实鞋子有效地降低了目标肌肉的负荷，以防止疲劳。
- 如果您的主要重点是预防伤害：使用EMG数据来验证鞋子结构在重复的工业或军事任务中是否最大限度地减少了对脆弱肌肉群的压力。
EMG传感器最终使您能够停止猜测舒适度，并开始针对特定的生理结果进行工程设计。
摘要表：
| 特征 | 硬底的影响 | 软底的影响 | EMG的作用 |
|---|---|---|---|
| 肌肉活动 | 更高的激活（例如，腓肠肌） | 较低的激活水平 | 量化电信号 |
| 设计目标 | 力量与能量回馈 | 舒适与减轻疲劳 | 验证设计意图 |
| 关键肌肉 | 胫骨前肌、小腿 | 降低下肢负荷 | 监测实时神经驱动 |
| 结果 | 强化潜力 | 延长耐力 | 替换主观反馈 |
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参考文献
- Yuan Wang, Yaodong Gu. Understanding the Role of Children’s Footwear on Children’s Feet and Gait Development: A Systematic Scoping Review. DOI: 10.3390/healthcare11101418
本文还参考了以下技术资料 3515 知识库 .
