麻省理工工程師開發(fā)新設計模型，打造更完美的 3D 打印鞋

導讀：近年來，3D打印通常被用到鞋子的設計和制造當中，這是因為該技術可以用于定制適合客戶的鞋子。但我們如何知道3D打印的鞋子能否符合預期設計呢？是否可以根據(jù)跑步風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，來自麻省理工學院的工程師開發(fā)了一款鞋子設計模型，該模型能夠預測任何特定跑步者的最佳跑鞋設計，包括3D 打印的鞋子。

跑步是當今最受歡迎的運動形式之一，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，因此當今市場上有大量的選擇。3D打印提供了另一種選擇，允許為每個跑步者定制鞋子，阿迪達斯、Zellerfeld等公司已經(jīng)順應了這一趨勢。但每個跑步者都是獨一無二的，鞋子也是如此，對于職業(yè)馬拉松運動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 機器上測試了 3D 打印中底設計的剛度，以貼合腳的模型

這就是為什么鞋子設計師選擇和麻省理工學院合作，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。

麻省理工學院機械工程學教授、該論文的合著者 Anette Peko Hosoi 解釋說：“通過 3D 打印，設計師可以在材料響應方面進行局部調整。通過這個模型，意味著可以指導我們去做所有這些事情。”

可以預測 3D 打印鞋性能的新模型

麻省理工學院運動實驗室和數(shù)據(jù)、系統(tǒng)和社會研究所 (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。事實上，該工具有望進一步突破運動鞋設計的界限，從而與增材制造相聯(lián)系。以至于它在帶有支架的3D打印中底上進行了測試，該支架應該在特定位置提供一定的彈力或硬度。

這是怎么做到的？通過研究人員的計算，該模型能夠根據(jù)身高、體重和腿長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到但仍會盡力最小化的質量）相結合，他們能夠創(chuàng)建一個準確預測步態(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跑步機的影響以及腿部消耗的能量。因此，這些可以根據(jù)鞋子進行優(yōu)化。

Fay 總結道：“我們在模型中提供了足夠的靈活性，可用于設計定制鞋子并了解不同的個人行為。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。”