摘要：在现代体育运动中，人造草坪已成为足球、橄榄球等运动的常见场地。然而，运动员在人造草坪上运动时，受伤风险不容忽视，其中旋转牵引力过大导致的脚踝和膝盖损伤尤为常见。为了解决这一问题，科学家们开发出一种创新技术，旨在揭示运动鞋与人造草坪之间的相互作用，为减少运动损伤

在现代体育运动中，人造草坪已成为足球、橄榄球等运动的常见场地。然而，运动员在人造草坪上运动时，受伤风险不容忽视，其中旋转牵引力过大导致的脚踝和膝盖损伤尤为常见。为了解决这一问题，科学家们开发出一种创新技术，旨在揭示运动鞋与人造草坪之间的相互作用，为减少运动损伤提供科学依据。

什么是旋转牵引力？

旋转牵引力是指运动员在人造草坪上转动脚部时，草皮对鞋底产生的摩擦阻力。如果这种牵引力过大，鞋底会被“锁住”，无法自然旋转。

当脚部不能顺畅转动时，扭力会传递到脚踝和膝盖关节，可能导致脚踝扭伤或膝盖韧带损伤（如前交叉韧带撕裂）。

揭秘鞋底与草皮的相互作用

这项创新技术的核心是一种名为“光度测量”的新方法。科学家们利用透明材料制成的特殊“测试鞋底”，在人造草坪上模拟运动员的旋转动作。同时，高分辨率摄像机以每秒200帧的速度记录下测试过程，捕捉人造草坪填充物颗粒的细微运动。

(a) 旋转牵引测试中使用的聚碳酸酯测试脚；(b) 聚碳酸酯测试脚上方实现的相机定位；(c) 测试中使用的相机、3D打印支架和金属ARTT附件；(d) 在典型的第三代人造草坪表面系统的黑色丁苯橡胶颗粒和绿色聚乙烯纤维中播撒的白色EPDM颗粒。

为了更精确地追踪这些颗粒，科学家们在人造草坪上“播撒”了白色三元乙丙橡胶（EPDM）颗粒。这些白色颗粒与黑色丁苯橡胶（SBR）填充物形成鲜明对比，便于追踪软件进行识别和分析。

科学家们还开发了一款功能强大的颗粒追踪软件。这款软件能够分析摄像机拍摄的视频，精确测量填充物颗粒的运动轨迹和位移。通过对这些数据的分析，科学家们可以了解鞋底在旋转过程中如何与人造草坪相互作用，以及旋转牵引力是如何产生的。

实验结果：为运动安全提供依据

在初步研究中，科学家们在两种不同的垂直压力（176牛顿和647牛顿）下进行了旋转牵引测试。结果显示，在较高的垂直压力下，旋转牵引力明显增大，填充物颗粒的位移也更大。这表明，垂直压力是影响旋转牵引力的重要因素。

此外，科学家们还发现，在旋转过程中，鞋钉前方的填充物颗粒位移最大，这表明鞋钉与填充物之间的相互作用是旋转牵引力的主要来源。通过对这些数据的分析，科学家们可以更好地理解旋转牵引力的产生机制，为设计更安全的人造草坪和运动鞋提供依据。

这项创新技术的应用前景广阔。通过对不同类型的人造草坪、填充物和鞋钉进行测试，科学家们可以找到最佳的组合，从而减少运动损伤的发生。此外，这项技术还可以用于评估人造草坪的磨损情况，为人造草的维护和更换提供参考。

来源：Lulu的时尚日记