Действительно ли у Элиуда Кипчоге самые быстрые марафонские кроссовки?
Немногие беговые кроссовки подвергались такому тщательному научному анализу, как Nike Alphafly и Vaporfly. Что обнаружили исследования?
Когда бегуны впервые заметили модель Alphafly от Nike, они выглядели весьма своеобразно. В августе 2018 года, когда в сети появилась фотография Элиуда Кипчоге в окружении улыбающихся бегунов, на нём были чёрные кроссовки без логотипа, с толстой межподошвой, выглядящей, как пена ZoomX от Vaporfly. Это фото стало первым намёком на то, что Nike планирует продолжить разработку и выпуск модели Vaporfly, которые уже завоевали успех во всём мире. Интересно, что Кипчоге тестировал прототипы ещё с января.
За два года до этого новые Nike Vaporfly, уникальные своей толстой, упругой межподошвой из пеноматериала Pebax и пластиной из углеродного волокна (карбон), перевернули представление о том, что стартовые кроссовки — это обязательно модель с тонкой (минималистичной) подошвой. Бегуны в новинке от Nike побеждали во всех крупных марафонах — наступила «эпоха карбона». А через месяц после тех первых загадочных фотографий, Кипчоге в модели Vaporfly установил мировой рекорд — 2:01:39 на Берлинском марафоне 2018 года.
Каждые несколько месяцев появлялись очередные фотографии нового прототипа, промежуточная подошва которого казалась (что вызывало недоумение) толще, чем у Vaporfly, пока в октябре 2019 года в Вене Кипчоге не надел усовершенствованную версию пока ещё не названных кроссовок, чтобы впервые пробежать «марафон из двух часов» (пусть этот рекорд и не признан официально) на Ineos 1:59 Challenge. В июне следующего года Nike выпустила в продажу модель Air Zoom Alphafly NEXT%, которая в прошлом году была обновлена до Alphafly 2. Кипчоге бежал в Alphafly в Берлине, улучшив свой же официальный мировой рекорд до 2:01:09 и завоевав свою вторую золотую олимпийскую медаль в марафоне.
Модель Alphafly с её воздушными камерами является очевидным развитием модели Vaporfly. Уже не загадка, что в ней сохранился знакомый по конструкции блок отзывчивой пены, стабилизированный углепластиковой пластиной от пятки до носка. Но как именно конструкция кроссовка помогает спортсмену показать самый быстрый марафон в истории? Ученые-биомеханики всё ещё выясняют это.
«Принцип использования Alphafly прост», — говорит Кэрри Димофф, директор по инновациям компании Nike, возглавляющая группу разработчиков Alphafly. «Если во время бега мы сможем сохранить больше энергии и эффективно возвращать эту сохранённую энергию, вы сможете бежать более эффективно».
Весь бег — это процесс сохранения энергии, где задействовано большое количество факторов, от выбора обуви до биомеханики бега. «Во время бега мы, по сути, являемся гигантскими пружинами», — говорит Джеффри Бернс, спортивный физиолог Центра олимпийской и паралимпийской подготовки США. В воздухе, между шагами, мы накапливаем потенциальную энергию как за счёт движения вперёд после предыдущего шага, так и за счёт того, что гравитация тянет нас вниз. Когда наша нога ударяется о землю, наше тело начинает принимать и накапливать эту потенциальную энергию, запасая её в основном в мышцах и сухожилиях. Затем мышцы и сухожилия перерабатывают энергию, добавляя немного усилий для поддержания кинетического импульса, и проталкивают нас вперёд от земли, обратно в воздух. Учёные определяют нашу экономичность – то, сколько энергии требуется каждому из нас для бега, путём измерения количества кислорода, необходимого мышцам во время усилия, которое атлет может поддерживать в течение нескольких часов.
В 2017 году учёные из Университета Колорадо и компании Nike опубликовали в журнале Sports Medicine исследование, в котором показали, что бегуны в прототипах Vaporfly улучшили экономичность бега в среднем на 4%. Данные об экономичности сравнивались между Vaporfly и известными моделями тех лет: стартовыми минималистическими Nike Zoom Streak 6, Adidas Adizero Adios Boost 2, в которых выиграли Бостонский марафон в 2016 году. Спустя несколько месяцев компания Nike выпустила Zoom Vaporfly 4%.
Vaporfly с хорошей амортизацией стал сдвигом в системе парадигм, отправив разработчиков, исследователей и бегунов на поиски обуви, обещающей лучшую биомеханическую эффективность. «Мы всегда утверждали, что минималистичная обувь лучше», — говорит Димофф. (речь о стартовых кроссовках, когда профессиональный спортсмен бежал на результат. — уточнение автора перевода). «Однако, чтобы убедить людей, почему они должны доверять новой обуви с очень необычной конструкцией, нам нужны были конкретные результаты исследований».
Идея о том, что обувь с такими характеристиками может быть быстрой, стала откровением и для Nike. В июне 2016 года, почти за год до первой попытки Кипчоге преодолеть марафонскую дистанцию быстрее двух часов в Vaporfly, команда разработчиков уже трудилась над тем, чтобы максимально раскрыть потенциал амортизации этой пены. Основной поставленной задачей стала получение максимальной энергоэффективности бега в новой модели.
«Мы начали размышлять о технологии Nike Zoom Air», — говорит Димофф, имея в виду фирменную амортизацию Nike с воздушными камерами, которая дебютировала в беговых кроссовках Air Tailwind на марафоне в Гонолулу в 1978 году. Считалось, что в качестве компонента эти воздушные блоки могут возвращать бегуну больше энергии, чем самая пружинистая пена Nike. «Мы подумали, что можем сделать систему более эффективной, заменив часть пены на воздух», — сказала она.
Чтобы выяснить это, исследователи Nike начали проводить механические испытания отдельных компонентов — воздушных блоков, пены, пластин, чтобы ответить на некоторые первоначальные вопросы: Сколько энергии было запасено? Какова форма кривой деформации? Что возвращает больше всего энергии?
Сначала они спроектировали и построили воздушные блоки, а затем начали собирать вокруг них прототипы. Затем несколько компонентов совмещалось и проводились механические испытания уже в составе частичных сборок. В конце 2016 года испытатели уже тестировали первые из сотен прототипов на беговых дорожках и в кампусе Nike. По словам Димофф, на протяжении всего процесса они искали «правильный баланс между тем, что, по мнению учёных, обеспечивает наилучшие результаты, и тем, что, по мнению тестировщиков, наиболее удобно для бегунов».
Наконец, в январе 2018 года Димофф и команда доставили Кипчоге в его тренировочный лагерь в Каптагате (Кения) первый из как минимум пяти прототипов для тестирования. «Мы думаем, что у нас есть кое-что интересное для тебя», — сказали ему дизайнеры, и Кипчоге был готов попробовать. «Он просто надел их и побежал», — говорит Димофф. «Не было никаких колебаний. Он просто увидел инновацию».
Сердцем Alphafly и их «родственников» Vaporfly является не столько обсуждаемая пластина из углеродного волокна, сколько пена ZoomX. ZoomX — это специально разработанная компанией Nike формула Pebax, запатентованного полиэфирного блок-амида (PEBA), термопластичного эластомера (гибкого пластика). Химическая структура PEBA может быть точно подобрана для достижения широкого диапазона свойств: достаточно твёрдый для формирования верхнего слоя лыж, достаточно мягкий для водонепроницаемого слоя куртки или, как в случае с ZoomX, вспененный. С 1990 годов компания Nike использует его в качестве твёрдого элемента в подошве своих бутс, а в 2000 году — в качестве пластины в кроссовках Shox R4.
Способность к точной настройке позволяет делать пены из PEBA более мягкими или более упругими, более объёмными или более твёрдыми. Компания Nike отказалась разглашать точный состав своей пены Pebax, но заявила, что производит ZoomX для «получения различных преимуществ» для разных моделей обуви. «В моделях Alphafly и Vaporfly мы производим [ZoomX] для получения наибольшей отдачи энергии», — говорит старший менеджер по продукции Nike Running Эллиотт Хит. «В то время как в кроссовках Invincible мы производим материал немного по-другому, чтобы создать амортизацию для повседневного бега».
Очень важно, что для Alphafly и Vaporfly пена PEBA может быть оптимизирована для получения свойств, которые ранее считались противоречивыми: высокая, но лёгкая, мягкая, но пружинистая. В промежуточной межподошве обуви любая пена действует как пружина — поглощает и накапливает потенциальную энергию при сжатии стопы (так называемая податливость) и возвращает часть этой энергии, когда стопа встаёт на носки и отталкивается, а пена возвращается к своей первоначальной форме (так называемая упругость).
Пеноматериалы для межподошвы — EVA, TPU и PEBA — различаются по своей способности к сжатию и упругости. И ни одна из них не отдаёт столько энергии, сколько получает. В лучшем случае стандартная пена EVA, используемая в большинстве обуви, возвращает около 65 процентов энергии, вложенной в неё, говорит Бернс. Пена TPU в Adidas Boost 2, которая участвовала в вышеупомянутом исследовании на экономичность бега с Vaporfly 4%, возвращает 76%. А вот пена ZoomX имеющаяся Vaporfly, вернула беспрецедентные 87 процентов.
«В то время все только и делали, что говорили о пластине из углеродного волокна, но пена — это настоящая магия, это то, что изменило игру», — говорит Бернс об исследовании.
Количество энергии, которую возвращает пена из межподошвы, — это только половина уравнения, говорит Бернс. Важно и то, сколько энергии накапливается. «Рассмотрим тонкую подошву минималистической обуви», — говорит он. «Они возвращают почти всю энергию, вложенную в них, но поскольку их практически невозможно сжать, они практически не накапливают энергию и в реальности возвращают очень небольшой процент энергии».
Энергия, возвращённая тремя пенами в исследовании Vaporfly 4% — 65, 76 и 87 процентов — была процентом от общей энергии, которую эти материалы смогли накопить. Когда исследователи измерили эту ёмкость, они обнаружили, что ZoomX прототипа Vaporfly при сжатии сохраняет почти в два раза больше энергии, чем другие кроссовки. Когда этот запас энергии был дополнен превосходной отдачей энергии пеной, оказалось, что в целом Vaporfly возвращают более чем в два раза больше энергии на каждый шаг. Авторы ставят в заслугу «значительно большую податливость, а не большой процент упругости».
«В то время все только и делали, что говорили о пластине из углеродного волокна, но пена — это настоящая магия, это то, что изменило игру».
Вес пены делает всё вышесказанное возможным. «Для очень упругой пружины, чем больше высота межподошвы кроссовка, тем больше энергии вы можете сохранить», — говорит Бернс. Но увеличение высоты межподошвы влечёт за собой увеличение общего веса кроссовка. Исследования дали количественную оценку этой «стоимости амортизации». Каждые 100 г дополнительного веса обуви снижают экономичность бега примерно на 1 процент. Пена TPU в Adidas Boost 2 улучшена по сравнению с традиционной EVA, но эта гоночная модель весит примерно столько же, сколько Alphafly 2, в которой высота межподошвы в два раза больше.
«Итак, — говорит Бернс, — супер-обувь — это пена с высокой энергоотдачей, а не только податливая, не просто лёгкая пена. Супер-обувь должна обладать всеми тремя этими качествами».
А что насчёт пластины из углеродного волокна? Когда дебютировали Vaporfly, мир бега ухватился за эту тему, а биомеханики в креслах назвали её пружиной, которая толкает бегуна вперёд (по аналогии с протезами из углеродного волокна, с помощью которых бежал южноафриканский спринтер Оскар Писториус на Параолимпийских играх 2012 года).
Раздавались крики о технологическом допинге — по крайней мере, до тех пор, пока конкуренты Nike не выпустили свою собственную «карбоновую» обувь. В исследовании 2022 года Воутер Хугкамер, который возглавлял исследование Vaporfly, а сейчас проводит исследования в лаборатории Массачусетского университета, спилил переднюю часть кроссовка Vaporfly, сделав шесть боковых разрезов в нижней части обуви и пластине, а затем сравнил результаты испытуемых в них и в неповреждённых Vaporfly. Хотя в исследовании приняли участие всего 13 человек, пластины с отверстиями ухудшили экономичность бега испытуемых всего на 0,5 процента. И, в соответствии с предыдущими исследованиями пластин из углеродного волокна, неповреждённые Vaporfly увеличивали время контакта с землёй и заметно смещали вперёд силы реакции на поверхность, предполагая, что пластина, вместо того чтобы действовать как пружина, направляет силы в переднюю часть стопы, действуя как жёсткий рычаг, и увеличивает фазу движения стопы.
Это согласуется с описанием Димофф о предназначении пластины. «Она делает обувь более жёсткой, чтобы уменьшить работу суставов и позволить вашему шагу быть более эффективным», — говорит она. Высокоэластичная амортизация по своей природе лишена не только стабильности, но и скоординированных сил. «Пластина переносит центр давления в нужное место под стопой», — говорит Иэн Хантер, специализирующийся на биомеханике бега в Университете Бригама Янга. В 2019 году Хантер опубликовал исследование в Journal of Sports Sciences, подтверждающее оригинальное исследование Vaporfly. Во время приземления «сила под стопой движется вперёд, нарастает и достигает пика примерно в середине отрезка времени, когда стопа находится на земле», — говорит он. Пена сжимается, накапливая энергию, а затем пластина, благодаря своей жёсткости, позиционирует пену так, чтобы «вернуть эту энергию обратно ближе к тому времени, когда она необходима бегуну».
Эта задача стала возможной благодаря изящной форме пластины с ложкообразным углублением в передней части стопы. «Мы хотим, чтобы стопа эффективно перекатывалась», — говорит Димофф. «Плоская пластина будет вызывать ощущение шлепка, что добавило бы усилий бегуну во время движения».
В Alphafly используется та же пластина, но с поправкой на распределение силы по двойным камерам Zoom Air. По словам Димофф, отдача энергии при тестировании достигает 90 процентов. Шайбоподобные капсулы имеют растягивающиеся нейлоновые волокна, которые связывают нижнюю часть каждой камеры с верхней, создавая плоский пол и потолок, который нагружает и возвращает силы в вертикальном направлении.
В октябре 2020 года команда Димофф приступила к созданию прототипа Alphafly 2 с новой целью: усовершенствовать обувь, сделав её преимущества доступными для большего числа бегунов, тех, кто готовится преодолеть марафон за три, четыре и пять часов. Основание Alphafly 2 было немного расширено, перепад высоты от пятки до носка увеличен с 4 мм до 8 мм, добавлена набивка для более обволакивающего и мягкого обхвата пятки и верхней части стопы. Эта общая настройка повышает боковую устойчивость и сглаживает перекат к передней части стопы.
Пена, пластина и воздушные подушки кроссовка остались прежними и работают так же эффективно, как и предыдущее поколение. Никто, кроме Nike, не знает точно, как и почему Alphafly всегда оказываются на высоте. Когда работа над этой статьёй только началась, автор захотел понять, что же лежит в основе технологии, ответственной за способность Alphafly улучшать экономичность бега. В конце концов, пеноматериалы PEBA и пластины из углеродного волокна уже не являются уникальными для Nike. Но в каждом личном разговоре и в каждом опубликованном исследовании было напоминание о том, что механика этой обуви (и других суперкроссовок) — это продукт сложной и взаимозависимой структуры. Димофф объяснила этот феномен: «В обуви много действительно высокопроизводительных материалов и компонентов, но особенным их делает то, как они работают, объединившись в целостную систему».
Превосходство Alphafly, в общем, легко объяснить — это лучшая конструкция и лучшая пружина. Тем не менее, когда ведущие мировые биомеханики и кинезиологи берут эту модель или Vaporfly в лабораторию, чтобы определить, почему она превосходит конкурентов, они признаются в том, что результаты часто оказываются неубедительными. «Лучшая экономичность бега... в настоящее время не может быть объяснена с биомеханической точки зрения», — пишет группа исследователей из Института спортивных наук Университета Лозанны и швейцарской спортивной лаборатории Volodalen в статье 2022 Footwear Science.
Существуют теории, каждая из которых имеет доказательства, о том, как эта обувь улучшает экономичность бега. Как в оригинальном исследовании Vaporfly, так и в последующем исследовании Хантера, испытуемые в Vaporfly показали немного большую длину шага по сравнению с аналогичной контрольной обувью Nike Zoom Streak. Исследование Хантера также показало, что испытуемые в Vaporfly бежали с большими вертикальными колебаниями, больше «подпрыгивая» при беге, а другое исследование показало, что атлеты бежали с большей силой отталкивания от земли. Исследование группы Хугкамера показало, что у тех, кто бегает с пятки, наблюдалось несколько большее улучшение экономичности бега, чем у тех, кто бегает со средней части стопы. Использовали ли приземлявшиеся на пятку больше пены? Исследования, в которых к традиционной межподошве добавлялись пластины из углеродного волокна, показали схожие преимущества для любителей бега на пятку. Возможно, эти бегуны просто используют весь потенциал пластины.
В исследовании 2022 года, опубликованного в Footwear Science, Дастин Жубер, доцент кафедры кинезиологии Университета Святого Эдварда в Остине, представил результаты исследования, в котором Alphafly сравнивались с другими «карбоновыми» кроссовками (Hoka Rocket X, Saucony Endorphin Pro, Asics Metaspeed Sky, New Balance RC Elite, Brooks Hyperion Elite 2 и Vaporfly Next% 2). В среднем, 12 бегунов показали наибольшее улучшение экономичности бега в Alphafly (3 процента), статистически схожие результаты были получены в Vaporfly и Metaspeed Sky (2,7 и 2,5 процента, соответственно). Жубер не знает точно, почему.
Он обнаружил корреляции, намекающие на то, как работает обувь и кто получает пользу, хотя при наличии всего 12 участников ни одно из объяснений не «проявилось» так сильно, как ему хотелось бы. Как и в случае с Vaporfly, исследование Жубера показало, что кроссовки Alphafly обеспечивают наибольшую длину шага, и что те, кто меньше всего реагировал на смену модели кроссовок — у кого наблюдался наименьший прирост в экономичности бега, бегали с немного меньшим вертикальным колебанием, чем остальные бегуны.
В последующем исследовании, опубликованном в этом году в International Journal of Sports Physiology and Performance, Жубер вместе с Бернсом измерили прирост экономичности у испытуемых в Vaporfly при беге в темпе 5:00 и 5:55 минут/км, в отличие от темпа 3:45-4:20 минут/км, обычно используемого в подобных исследованиях. Результаты показали, что при более низких скоростях Vaporfly по-прежнему улучшают экономичность бега по сравнению с традиционной обувью, но в меньшей степени: в среднем на 1,4 % и 0,9 % соответственно.
По мнению Жубера, результаты исследований сходятся. В Alphafly и Vaporfly увеличивается сила отклика на поверхности — более сильный, быстрый, прыгучий бег, что приводит к улучшению экономичности бега. «Вы можете вернуть только то, что вложили», — говорит Жубер. Он считает, что вес бегуна тоже может иметь значение, особенно в увеличенной в объёме модели Alphafly. «Если вы очень легки и едва отрываетесь от земли, как вам помогут эти 40 миллиметров вспененного материала?».
Гипотеза, получившая наибольшее распространение, основывается на докладе исследователей Nike от 2019, опубликованного в Footwear Science, в котором показано, что у группы финишеров Портлендского марафона, бежавших в Vaporfly 4%, в крови снизилось количество маркеров, указывающих на повреждение мышц после забега. В пользу этого говорят и косвенные доказательства: во время длительных тренировок в Alphafly или Vaporfly ноги, кажется, дольше сохраняют работоспособность, они не так перегружены в конце и меньше болят на следующий день. «Физиология тренировок приходит к выводу, что судороги в мышцах в конце бега гораздо больше связаны с повреждением мышц, чем с гидратацией или дисбалансом электролитов», — говорит Жубер. Из личного опыта: на последнем марафоне, который я бежал в Alphafly, на 35 км я думал: «Я не должен чувствовать себя так хорошо. Когда же всё начнёт становиться плохо?».
Но, как сказали мне Жубер и другие, всё это не является доказательством того, что Alphafly — лучшая обувь, или что любая супер-обувь будет одинакова для всех. Во всех исследованиях, на всех скоростях, индивидуальные реакции на эту обувь варьируются от 3 процентного ухудшения экономичности бега до 6 процентного улучшения.
«У каждого из нас уникальная техника бега», — говорит Бернс. Это распространяется и на обувь. «То, как вы двигаетесь во время приземления стопы, нагружаете пену и перемещаете стопу в пластине — всё это будет отличаться для каждого бегуна». Он рассматривает ведущие гипотезы о том, почему обувь приносит пользу — пена возвращает больше энергии бегуну, пластина направляет силы контакта — и почему у одних наблюдается улучшение экономичности бега, а у других нет, и говорит, что они правдоподобны. «Но пока ничего не ясно».
История повторяется. На этот раз первые намёки на следующие суперкроссовки Nike появились на Международном марафоне в Калифорнии в декабре 2022 года — через полгода после выхода Alphafly 2. Бегун был замечен в прототипе с более угловатым куском белой ZoomX с простым чёрным верхом. В январе этого года на Хьюстонском полумарафоне Коннер Мантц в похожей обуви финишировал шестым. На обеих парах белая лента скрывала воздушные блоки. В этих прототипах в марте на Токийском марафоне Тсехай Гемечу заняла 2 место, а Сугуру Осако — 9 место среди женщин и мужчин, соответственно.
Компания Nike хранит молчание; представитель отказался назвать кроссовки Alphafly, назвав их «последней марафонской инновацией». Но знакомые воздушные блоки и похожие контуры пены являются убедительным доказательством обновления системы. По сравнению с Alphafly 2, в прототипах, похоже, добавлена пена в средней части стопы. Это может улучшить перекат кроссовка с пятки на носок, говорит директор по тестированию Runner's World Джефф Денгейт. «В задней части обуви также используется меньше резиновой подмётки. Nike, вероятно, не видел там большого износа, поэтому решили сэкономить на весе обуви».
Nike поделился одной деталью, и, возможно, это единственная деталь, которая имеет значение: самый быстрый марафонец всех времён тренируется в этих кроссовках.
(Речь об Элиуде Кипчоге — уточнение автора перевода)
Оригинал статьи: RUNNER'S WORLD
Если вам понравилась статья, поделитесь ссылкой с друзьями!
5 советов бегунам от Элиуда Кипчоге
Полезны ли карбоновые кроссовки для бегунов-любителей?
Видео: Ринас Ахмадеев. Тренировка перед полумарафоном в Туркестане. 1:03:43
Почему тренировки на пределе возможностей не всегда полезны
Тренировки для увеличения скорости