В чем сила карбона?

Пока ученые продолжают спорить о том, какие элементы ответственны за магию суперобуви, давайте поговорим о том, что известно нам в настоящий момент и как это влияет на выбор вашей следующей пары гоночных кроссовок?

Вначале были Vaporfly, новые волшебные кроссовки Nike, которые позволили людям бежать быстрее, чем когда-либо прежде. И бегуны увидели, что это хорошо — возможно, даже слишком хорошо. Затем появились другие модели, сначала один или два аналога, а теперь уже целый обувной клан, имеющий знакомые характеристики и позволяющий бегунам из разных племен соревноваться на равных или приближаться к великим.

Теперь, когда у каждого крупного бренда есть своя суперобувь, а также появились правила , регулирующие их “конструкцию”, казалось бы, мы должны понимать, что же делает эти кроссовки волшебными. Но ученые все еще продолжают спорить о том, какие элементы кроссовок вносят наибольший вклад в их эффективность, и пытаются точно определить источник повышения производительности. Ответы имеют значение для того, как будет регулироваться вся суперобвуь, и, что более важно для большинства из нас, то, как мы будет искать лучшую пару для тренировок и гонок.

Рецепт

Основные ингредиенты суперобуви хорошо известны. “Существует рецепт, которого придерживаются все производители таких супер кроссовок: очень податливая и эластичная пена, легкая, с жесткой архитектурой внутри”, — говорит Джефф Бернс, ультрамарафонец, эксперт в области биомеханики и научный сотрудник Мичиганского университета. Эта “жесткая архитектура” представляет собой жесткую изогнутую пластину в виде качели, которая проходит через середину толстой межподошвы из пены. Ни толстая подошва (вспомните HOKA), ни эластичная пена с “возвратом энергии” (вспомните Boost), ни рокеры-качели (снова HOKA и их клоны), ни пластины (вспомните трековые шиповки или технологию “Speedboard”, имеющуюся в кроссовках On) не новы, но специфические материалы и комбинация, имеющаяся в Nike Vaporfly, была новой, как и лабораторно доказанная способность снижать затраты энергии при беге на 4%, что мгновенно сделало все предыдущие гоночные кроссовки устаревшими.

Пена, имеющаяся в Vaporfly, представляла собой новый состав, сделанный из Pebax, который мог возвращать больше энергии — или, точнее, терять относительно меньше энергии, чем любая другая пена, имеющаяся в кроссовках на сегодняшний день. Пластина Vaporfly была сделана из углеродного волокна и имела уникальную S-образную форму. В последующие годы другие компании экспериментировали с различными ингредиентами в вариациях на ту же тему. Но до сих пор остается неясным, исходит ли “волшебство” от пены, пластины, конкретных характеристик того или иного компонента, или некой, пока непонятной, комбинацией эффектов.

Части головоломки

За последние два года многочисленные исследования дали нам лишь маленькие кусочки большой головоломки, отвечающей на вопрос, что же повышает производительность при беге в супер-кроссовках.

В 2018 году исследователи из Университета Колорадо сравнили новые кроссовки с двумя “традиционными” моделями и пришли к выводу, что, несмотря на то, что упругая пена сохраняет и возвращает значительную энергию, вклад пластины незначителен (в 50 раз меньше). Ключевой вывод исследования заключался в том, что “основная часть энергии, сэкономленная при беге в Nike Vaporfly 4%, обеспечивается более мягкой межподошвой из пены, а не пластиной из углеродного волокна”.

Однако исследователи не сказали, что эффект пластины был не значим — она просто не действовала, как пружина и не возвращала энергию. Авторы статьи отметили, что в дополнение к превосходному накоплению энергии и возврату энергии пеной в средней части подошвы, метаболическая экономия при беге в этих кроссовках, по-видимому, была обусловлена ​​”умным рычагом воздействия пластины из углеродного волокна на механику движения голеностопного сустава” и ее эффектом повышения жесткости подушечки стопы. Подводя итог, Вутер Хугкамер, ведущий автор исследования, в то время постдокторант Университета Колорадо, сказал: “Мы обнаружили, что не одна волшебная вещь объясняет экономию метаболизма при беге в этой обуви, а, скорее, комбинация целого ряда биомеханических факторов, связанных с пеной и пластиной."

На проходящем два раза в год симпозиуме по биомеханике обуви в июле 2019 года, в дополнение к информации о пластине, команда Nike представила результаты некоторых исследований, которые они провели при разработке Vaporfly 4%. Дизайнеры Nike подготовили четыре прототипа, почти идентичных, за исключением кривизны встроенной пластины, которая варьировалась от плоской до чрезвычайно изогнутой, а затем сравнили их характеристики. Исследование показало , что благоприятные механические изменения — как в суставе пальца ноги, так и в лодыжке — увеличивались с кривизной пластины и они оптимизировались при чрезвычайно изогнутой форме (именно та форма, которую они запатентовали, и совершенно не случайно). Хотя это исследование показало важность изгиба пластины, но оно не пролило много света на роль и важность пластины по сравнению с пеной для общего эффекта повышения производительности работы подошвы.

Прошлым летом известный исследователь биомеханики Бенно Нигг опубликовал в научных журналах две редакционные статьи , в которых он утверждал, что жесткая изогнутая пластина на самом деле является ключом и может, если ее оптимизировать, повысить производительность до 6%, в то время как пена, независимо от того, насколько она упруга, дает прирост всего в 1%. Его аргументация заключалась в том, что отдача энергии от пены или пластины в значительной степени не имеет значения для результатов бега на длинные дистанции, поскольку она не возвращается в нужное время или в нужное место, чтобы помочь атлету оттолкнуться. Но, говорит Нигг, глядя на возврат энергии, мы упускаем саму суть пластины: “Хранение энергии не имеет ничего общего с этой пластиной. Хранение энергии означает, что вы можете согнуть что-то, а затем отпустить — никакого отношения к хранению энергии пластина не имеет”. Гипотеза исследователя гласит, что изогнутая пластина, вместо эффекта пружины, делает что-то новое, а именно обеспечивает эффект “качания на качелях”: сила, направленная вниз на носок, передается через точку опоры изогнутой пластины вверх на пятку, увеличивая толчок без затрат мышечной энергии.

Другие ученые с уважением отнеслись к этим идеям, но скептически отнеслись к тому, что эффект качания на самом деле является первичным в этой головоломке — отчасти потому, что выводы Нигга были основаны на моделировании, а не на реальных исследованиях, и отчасти потому, что это кажется чрезмерно упрощенной моделью и, по-видимому, не объясняет комбинированное взаимодействие новых материалов в этой обуви.

“Основываясь на том, что я видел до сих пор, я бы не сказал, что эффект качания является наиболее доминирующим фактором”, — говорит Хугкамер, в настоящее время доцент кафедры кинезиологии Массачусетского университета в Амхерсте. “Для меня по-прежнему доминирует пена и ее возможность возвращать энергию. Я не собираюсь говорить, что качели — это не важно; Я думаю, что это объяснение имеет некоторый смысл. Но все-таки это более сложная история, и нам нужно смотреть более комплексно”.

По словам Бернса: “Независимо от того, есть ли в супер-обуви механизм качания на качелях — и что-то в этом роде — А) это определенно не дает прирост в 6% при беге в этой обуви. И Б) это, вероятно, даже не львиная доля всех преимуществ этой обуви”.

Недавнее исследование , которое вскоре будет опубликовано Хугкамером и его коллегами, еще больше проясняет — или усложняет — проблему. Исследователи из Университета Массачусетса сделали несколько надрезов в пластинах некоторых кроссовок Nike, чтобы они могли свободно сгибаться как вверх, так и вниз, а затем сравнили их характеристики с неповрежденными кроссовками. Удивительно, но хотя они наблюдали некоторые различия в механике работы вокруг сустава большого пальца ноги, механика лодыжки и, что наиболее показательно, экономичность бега были практически такими же при беге в кроссовках с разрезными пластинами, как и в обуви с цельными пластинами. Это новое исследование, по-видимому, указывает на то, что пластина не действует ни как пружина, ни как рычаг. “Наши новые данные говорят о том, что на самом деле она не вносит уж такой большой вклад”, — говорит Хугкамер.

Однако Лаура Хили, первый автор исследования, отмечает: “Важно иметь в виду, что мы не полностью удалили пластину, поэтому мы не можем полностью сказать, что ее общий эффект незначителен. Возможно, это все еще могло способствовать общему распределению давления во время бега или, например, сохранению общей геометрии обуви”.

Что мы знаем?

Хотя ученые могут расходиться во мнениях относительно того, какой элемент кроссовок является наиболее важным, это показывает, насколько специалисты и простые пользователи до сих пор не знают того, как на самом деле работает обувь. Тем не менее, все ученые согласны с тем, что этот эффект сложен и вытекает из взаимосвязи нескольких элементов. В данном случае попытка изолировать эффект разных составляющих может привести к неправильному выводу относительно эффективности кроссовок.

“Попытка изолировать влияние одного фактора и связать его с производительностью — это совершенно редукционистский подход”, — говорит Бернс. “Любая из этих вещей играет роль, будь то материал межподошвы, толщина, жесткость при продольном изгибе, вес обуви, кривизна пластины или размещение внутри межподошвы. Все они играют друг с другом: вы меняете один элемент, и это меняет оптимальную работу других… это довольно сложное движение, и особое выделение какого-то из элементов обуви может быть глупой затеей”.

На самом деле, общий эффект может быть больше, чем сумма частей. “Возможно, 1 + 2 = 4”, — говорит профессор физиологии Роджер Крам, который руководил несколькими исследованиями по Vaporfly в Университете Колорадо. “Возможно, между пеной и пластиной существует синергетический эффект (синергия - усиливающий эффект взаимодействия двух или более факторов), который мы не понимаем”.

Большинство ученых сходятся во мнении, что ни пена, ни пластина не могут работать независимо друг от друга. “Пена — это своего рода ключ, который открыл дверь, но чтобы реализовать преимущества этой пены, вам нужен еще один архитектурный элемент”, — говорит Бернс. “Наличие пластины может быть чем-то, что позволяет лучше управлять компрессией и декомпрессией пены… чтобы быстро и эффективно перемещать ногу по всей длине обуви”.

“Цель пластины — придать некоторую целостность имеющейся в подошве пене”, — сказал Иэн Хантер, исследователь биомеханики из Brigham Young University, обсуждая суперобувь с Брайаном Метцлером в его подкасте Kicksology. “Атлеты парят в суперобуви так высоко над землей, что чувствуют себя немного неуверенно. Пластина помогает сохранить целостность пены, удерживая ее, чтобы вы могли бежать, не шатаясь”.

Крам говорит: “Пластина в основном выступает в роли клея или стабилизатора… именно организация и форма пластины не дает пене превратиться в желе”.

Попытка отделить эффект какой-то одной части похожа на спор о том, мышцы или кости вашей руки поднимают вес: на самом деле они являются частью системы, которая не работает, как независимые части. И до тех пор, пока кто-то не придумает лучшие материалы или совершенно новый дизайн, очевидно, что нам нужны все ингредиенты рецепта супер-обуви, чтобы творить волшебство.

Учитывая эти сложности, World Athletics ввели правило, ограничивающее высоту подошвы, и оно, хотя и произвольное, кажется вполне уместным, поскольку ограничивает то, сколько вы можете заложить в межподошву кроссовок, и при этом не пытается точно указать, какие при этом ингредиенты вы используете. Бернс подробно изложил аргументы в пользу такого решения в этой статье на PodiumRunner.

И что дальше?

В конце концов, мы, как бегуны, хотим знать, что означают все эти исследования и споры. Возможно, самым главным и важным выводом является то, что эти кроссовки и их влияние на бег все еще остаются загадочными. “Эта сложность говорит о бесконечной сложности и комплексности человеческого тела”, — говорит Бернс.

Поскольку общий эффект суперобуви сложен, как и то, каким образом обувь взаимодействует с каждым бегуном, также является сложным. Исследования продолжают указывать на то, что преимущества, которые дает эта обувь, различаются от человека к человеку.

Эта индивидуальная реакция становится очевидной, когда вы начинаете примерять различные модели: каждая из них имеет отличный отскок и баланс, уникальный перекат и ход — и каждый бегун чувствует и реагирует на эти характеристики по-своему. Например, когда несколько редакторов и писателей PodiumRunner тестировали суперобувь, выпущенную прошлым летом, каждый из них был непреклонен в том, что какая-то модель выделялась среди прочих, а любимые модели других были далеко не идеальными, и часто даже весьма посредственными.

“Некоторые из них вам подходят, а некоторые — нет”, — говорит Нигг. “Потому что у всех спортсменов разные стопы, жесткость стопы разная, суставы разные”. Каждый бегун должен найти тот вариант, который подходит для его физиологии и бега.

“Люди по-разному реагируют на все”, — говорит Крам. Таким образом, вы не можете зависеть от того, что кому-то нравится или что он считает лучшим. “Самая глупая вещь, которую вы можете сделать при выборе кроссовок, — это спросить, что носит ваш друг. Я бы никогда не спросил своего друга: “Какие очки ты носишь”, а затем надел бы его очки.

К сожалению, в отличие от очков, вы часто не можете пойти в ближайший беговой магазин и получить надежный рецепт того, какая модель лучше для вас. Биомеханик Макса Пакетт из Центра человеческой деятельности Университета Мемфиса говорит, что он ставит бегунов на дорожку, оборудованную для измерения метаболических данных и экономичности бега, и заставляет бежать 4–6 минут в заданном темпе в различных кроссовках в “зеркальном” порядке: обувь A, B, C, затем C, B, A. Пакетт начал предлагать этот тест в конце 2019 года после всех исследований и дебатов об обуви, которые он нашел в основном неуместными для отдельно взятого бегуна. “Если вы атлет и хотите знать, какая обувь лучше всего для вас, не стоит читать какие-то статьи об этом, — говорит он, — вы должны выяснить на деле, какая обувь подходит лучше всего именно вам”.

Любая лаборатория, которая может измерить VO2 max (МПК), может провести такой тест, хотя Пакетт не знает, чтобы кто-либо еще предлагал такую ​​​​услугу по сравнению обуви. Не имея доступа к такой лаборатории, он рекомендует самостоятельно следовать аналогичному протоколу испытаний с кроссовками нескольких производителей. Бегая на “довольно жесткой беговой дорожке” и тщательно сохраняя все переменные, кроме вариантов обуви, вы можете сравнить частоту сердечных сокращений, измеренную нагрудным датчиком, в одном и том же темпе в каждой обуви.

Крам рекомендует проводить этот тест на стадионе и ограничить сравнение двумя парами кроссовок. После разминки пробегите милю (1.6 км) в марафонском темпе дважды в каждой паре кроссовок, следуя зеркальному графику А, Б, Б, А, с пятиминутным отдыхом между тестами. Если вы хотите быть более точным, через неделю сделайте Б, A, A, Б. Вам нужно будет поддерживать постоянный темп, делая отсечки каждые 100 м — GPS, как известно, часто бесполезен, особенно в закрытых помещениях. Закончив, Крам говорит: “Усредните частоту сердечных сокращений в течение последних 2 минут каждого испытания, затем усредните все А и все Б». Сравните окончательные цифры друг с другом — “очевидно, чем ниже частота сердечных сокращений, тем лучше вам бежалось в выбранной паре”.

Пакетт говорит, что для более опытных бегунов, оценка изменения воспринимаемого усилия при беге в разных кроссовках может быть даже лучше, чем сравнение частоты сердечных сокращений, которая может различаться по причинам, не связанным с беговыми усилиями. Оценка воспринимаемого усилия также может быть более удобной в контексте бегового магазина, где они вряд ли позволят вам бегать в кроссовках несколько раз и монополизировать их тестовую беговую дорожку на час — или позволить вам бежать на стадионе.

Хотя это безумно неточно для бегунов, гоняющихся за цифрами, один из лучших методов отбора, которые у нас есть прямо сейчас, может состоять в том, чтобы доверять сложности вашего тела, и позволить ему подсказать вам, что кажется правильным — то, что Нигг называет “фильтром комфорта”. Комфорт в этом контексте — это больше, чем “ах”, когда вы надеваете новые кроссовки. Вы должны бегать в кроссовках в том темпе, в котором собираетесь их использовать, и отметить тот темп, в котором все становится на свои места. Вы приземляетесь там, где ожидаете приземлиться, пена амортизирует и поддерживает вас так, что вы почти не касаетесь земли, пластина приземляется именно в том месте, где вы чувствуете себя максимально быстрым, но не падаете, вы отталкиваетесь с носка — и обнаруживаете что работаете быстрее, чем когда-либо, но с меньшими усилиями.