麻省理工工程師開發(fā)新設(shè)計(jì)模型，打造更完美的 3D 打印鞋

導(dǎo)讀：近年來，3D打印通常被用到鞋子的設(shè)計(jì)和制造當(dāng)中，這是因?yàn)樵摷夹g(shù)可以用于定制適合客戶的鞋子。但我們?nèi)绾沃��?D打印的鞋子能否符合預(yù)期設(shè)計(jì)呢？是否可以根據(jù)跑步風(fēng)格或穿戴者是否參加馬拉松或短跑找到一種優(yōu)化方法？現(xiàn)在，這鞋問題可能有了新的答案。

2024年1月30日，南極熊獲悉，來自麻省理工學(xué)院的工程師開發(fā)了一款鞋子設(shè)計(jì)模型，該模型能夠預(yù)測(cè)任何特定跑步者的最佳跑鞋設(shè)計(jì)，包括3D 打印的鞋子。

跑步是當(dāng)今最受歡迎的運(yùn)動(dòng)形式之一，根據(jù) Statista 的信息，到 2021 年，約有 5000 萬美國人（約占美國人口的 15%）參與跑步。但跑步的類型和跑步者的類型可能有很大差異，因此當(dāng)今市場(chǎng)上有大量的選擇。3D打印提供了另一種選擇，允許為每個(gè)跑步者定制鞋子，阿迪達(dá)斯、Zellerfeld等公司已經(jīng)順應(yīng)了這一趨勢(shì)。但每個(gè)跑步者都是獨(dú)一無二的，鞋子也是如此，對(duì)于職業(yè)馬拉松運(yùn)動(dòng)員和剛剛開始的人來說，適用的東西是不一樣的，制造商需要知道他們的鞋子是否有效。

△研究人員在 Instron 機(jī)器上測(cè)試了 3D 打印中底設(shè)計(jì)的剛度，以貼合腳的模型

這就是為什么鞋子設(shè)計(jì)師選擇和麻省理工學(xué)院合作，以找到優(yōu)化性能的方法，包括 3D 打印鞋子的性能。相關(guān)研究以題為“ModelingRunning via Optimal Control for Shoe Design”的論文被發(fā)表在《Journa of Biomechanica Engineering》期刊上。

麻省理工學(xué)院機(jī)械工程學(xué)教授、該論文的合著者 Anette Peko Hosoi 解釋說：“通過 3D 打印，設(shè)計(jì)師可以在材料響應(yīng)方面進(jìn)行局部調(diào)整。通過這個(gè)模型，意味著可以指導(dǎo)我們?nèi)プ鏊�有這些事情�！�

可以預(yù)測(cè) 3D 打印鞋性能的新模型

麻省理工學(xué)院運(yùn)動(dòng)實(shí)驗(yàn)室和數(shù)據(jù)、系統(tǒng)和社會(huì)研究所 (IDSS) 的博士后 Sarah Fay 表示，該模型可以為開發(fā)新穎且高性能的3D打印鞋子開辟道路。事實(shí)上，該工具有望進(jìn)一步突破運(yùn)動(dòng)鞋設(shè)計(jì)的界限，從而與增材制造相聯(lián)系。以至于它在帶有支架的3D打印中底上進(jìn)行了測(cè)試，該支架應(yīng)該在特定位置提供一定的彈力或硬度。

這是怎么做到的？通過研究人員的計(jì)算，該模型能夠根據(jù)身高、體重和腿長(zhǎng)以及鞋子的材料特性（包括前后中底的剛度）來模擬步態(tài)的變化。通過將這些與 Fay 和 Hosoi 所說的“生物成本函數(shù)”（描述為跑步者可能沒有意識(shí)到但仍會(huì)盡力最小化的質(zhì)量）相結(jié)合，他們能夠創(chuàng)建一個(gè)準(zhǔn)確預(yù)測(cè)步態(tài)的模型。更具體地說，他們發(fā)現(xiàn)跑步者傾向于盡量減少腳對(duì)跑步機(jī)的影響以及腿部消耗的能量。因此，這些可以根據(jù)鞋子進(jìn)行優(yōu)化。

Fay 總結(jié)道：“我們?cè)谀Ｐ椭刑峁┝俗銐虻撵`活性，可用于設(shè)計(jì)定制鞋子并了解不同的個(gè)人行為。未來，我們想象如果您向我們發(fā)送自己跑步的視頻，我們就可以 3D 打印出適合您的鞋子�！�