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近日,華為發布了全新的S-TAG運動傳感器,我們姑且先稱其為華為小灰豆。
小灰豆與佳明綠豆芽、高馳POD跑步動态傳感器的最大不同是其采用了分體式組合設計,也即小灰豆是由兩部分組成,一個别在腰上,一個别在鞋帶上。
别腰上的傳感器與其他品牌的跑姿傳感器類似,可以測量垂直振幅、左右腳平衡、垂直步幅比等指标,而别在鞋帶上的傳感器是由華為手環4e的内置傳感器進化而來,可以測量着地沖擊、觸地時間、腳踝外翻角度、小腿擺動角度等指标。
從這款産品來看,華為是通過多個傳感器的聯合使用,提供了多達13項的豐富跑姿參數,進而讓跑者更為全面地評估跑姿,實現科學跑步的目的。
跑姿評估的四大目的
華為也開創了将多個傳感器聯合使用,用于跑姿評估的先例,這也充分體現了華為不斷創新的精神和強大的研發能力,不知不覺華為已經成為國内第一大“表”廠。
此外,通過配件小灰豆還可以固定在自行車輪毂上,用于騎行測量。
華為小灰豆提供了多達13項的豐富跑姿數據超過競品
華為小灰豆
首次實現跑姿動力學參數的測量
跑姿好不好始終是跑者關注的重要内容之一,其實從運動生物力學角度而言,完整的跑姿參數包括了運動學參數、動力學參數和時空參數三個組成部分。
所謂運動學參數主要是指物體的速度、加速度和空間位置等等,比如配速,小腿提拉折疊角度、腳踝着地外翻角度都屬于運動學參數;
而動力學參數主要是指各種使物體運動的力,在跑姿分析中,觸地第一峰值力、第一峰值力加載率都屬于動力學參數;
而時空參數包括了步頻、步幅、觸地時間、騰空時間等參數。
不少跑姿傳感器都能夠采集運動學和時空參數,而華為小灰豆除了這兩類數據采集,還首次實現了動力學參數采集,也就是說通過傳感器技術以及算法分析,華為小灰豆已經可以呈現原先隻能在實驗室通過昂貴的測力台才能測得的動力學參數。
這無疑是很大的技術突破,并且動力學參數可以用于受傷風險的評估,這也方便了跑者更為全面地分析跑姿,提升個人科學訓練水平。
華為小灰豆首次實現了三大類跑姿參數采集
小灰豆所輸出的動力學參數主要包括觸地峰值和沖擊負載率兩個核心指标,這兩個指标也是判斷跑者着地技術以及受傷風險的核心指标。
觸地峰值又叫做第一峰值力,而沖擊負載率又叫第一峰值力加載率。
接下來我們就圍繞這兩個新的指标給跑者做一詳細解讀。
為什麼跑步着地受力分析很重要
跑步是雙腳交替向前,整個身體不斷騰空落地的周期性運動(所謂周期性運動就是指動作不斷重複的運動),騰空落地時人體會給予地面一個比較大的作用力。
牛頓第三定律告訴我們,當我們對某物施加一個力的同時,必定會得到一個大小相同、方向相反的力,稱之為反作用力,這個力就是我們通常所說的沖擊力,這個沖擊力如果過大或者不斷積累,就可能就會給骨骼、關節帶來損傷。
換句話說,雖然導緻傷痛的原因有很多,跑姿問題、體重較大、跑量過多增長過快、缺乏力量、不重視恢複等等不一而足,其實這些都是導緻傷痛的誘因,最終這些因素都會以力學的形式呈現出來。
跑步傷痛最終都可以從力學上加以解釋
如果能夠比較便利的測量大衆跑者跑步過程中的受力,特别是着地階段的受力特征,對于指導大衆科學跑步很有價值;
但遺憾的是,跑步受力分析過去隻能在運動科學實驗室借助昂貴精密的測力台才能實現,而華為小灰豆實現了可穿戴測量,可見技術進步實實在在地解決了之前問題,提升了用戶體驗,讓大衆未來能夠無限接近真正意義的科學訓練。
跑步着地時典型受力圖
從上圖可見,如果腳跟着地(95%以上大衆跑者采用腳跟着地),在腳剛着地時,會有一個陡然上升的力,随後會有輕微下降,我們把這個力稱為第一峰值力。
第一峰值力對于評估跑步着地技術最有價值,它代表跑步騰空落地時所受到的地面沖擊力的大小以及産生的快慢,如果第一峰值力越大,曲線上升越陡,代表着地沖擊越大,當然這個力也代表緩沖能力,上升相對越緩,幅度越小,則代表緩沖能力越好。
第一峰值力和第一峰值力加載率在跑步動力學最為重要的指标之一,因為這兩個指标跟傷痛密切相關。而如果采用前腳掌着地,隻是第一峰值力相對較小,曲線沒那麼“陡峭”,但第一峰值力特征都是存在的。
《無傷跑法》作者,南京體育學院運動健康學院戴劍松副教授團隊對于大衆跑者跑姿進行了大樣本深入研究,這其中就包括對于跑步時着地階段受力特征的分析。
南京體育學院運動科學實驗室跑者在進行跑姿測試
圖1顯示了大衆跑者在10個速度下(配速800、730、700、630、600、530、500、430、400、330)的着地受力曲線,很明顯随着速度加快,受力逐漸增大,曲線逐漸擡高。
圖1 不同速度下着地受力曲線
由于着地時受力大小與體重有關,體重越大,自然第一峰值力也越大,所以需要将受力除以體重才能進行不同個體間的比較。
圖1縱軸坐标顯示了體重的倍數,從最慢的800配速到最快的330配速,第一峰值力從1.5倍體重增加至2-3倍體重,經過計算每公裡配速每縮短30秒,平均受力增加5-6%倍體重,這就意味着對于一個體重60公斤的跑者,配速每縮短30秒,每一步着地時受到的沖擊力将增加3公斤左右,看上去似乎還不算多,但這僅僅隻是每一步增加的沖擊,1公裡大約1000步,這就意味着每1000步,配速每加快30秒,受力将增加多達3噸。
跑步傷痛絕大部分都是勞損,也即負荷積累性損傷,着地沖擊的不斷積累,負荷就可能超出身體承受能力和修複能力,從而引發損傷。
本研究還發現了女性跑者雖然體重較輕,但在對體重進行标準化處理後(也即受力除以體重),女性在各個速度下第一峰值力都要大于男性跑者,這說明女性跑者着地後緩沖能力較弱,這跟女性普遍缺乏力量有一定關聯。
強大的肌肉力量具有一個重要的保護人體的作用——那就是吸能緩沖,肌肉可以吸收着地沖擊,而如果肌肉力量不足或者肌肉疲勞,肌肉緩沖負荷的能力就會下降,那麼着地沖擊力就會更多作用于骨骼關節,從而引發損傷。
圖2 不同性别大衆跑者着地第一峰值力對比(BW)
除了第一峰值力以外,第一峰值力加載率也是受傷風險的重要預測指标,這個指标從某種意義上說,比第一峰值力更有價值。
所謂第一峰值力加載率就是用第一峰值力除以達到第一峰值力的時間,也即第一峰值力加載率=∆orce/∆t,這個在數學上稱為斜率,斜率越大,代表第一峰值力加載率越大,反之則越小。
從圖3可見,随着速度加快,第一峰值力加載率逐步增加,說明速度越快,着地初期所受到的地面反作用力瞬時沖擊越大。
從圖3也能清楚地看到女性第一峰值力加載率更大,女性要更加注意着地技術。
跑步時受力分析
圖3 不同性别大衆跑者着地第一峰值力加載率對比(BW/ms)
通過以上分析,跑者應該能理解跑步着地時受力分析的重要性,跑步時騰空落地時人會受到2-3倍體重的沖擊力,能否有效緩沖地面沖擊力不僅反映了跑者的着地技術,也與受傷風險高度相關。
第一峰值力和第一峰值力加載率是目前公認的預測受傷風險的重要指标,華為小灰豆通過固定于鞋帶上的傳感器,實現了這兩項動力學指标測量,是大衆跑者跑姿評估的又一技術創新。
小灰豆測量腳踝外翻角度
也與受傷風險有關
事實上,跑步時腳着地的過程是一個非常複雜的過程,無論是我們說的腳跟着地,還是前腳掌(中足)着地,在着地時,都是腳跟外側或者前腳掌外側先着地,然後再快速過渡到内側,這個足發生偏轉的過程,我們稱之為足外翻。
足外翻是跑步時足着地一個非常自然的現象,借助外翻可以起到緩沖受力,減少沖擊和振動的作用。
但是外翻不足(多見于高足弓)和過度外翻(多見于扁平足),被認為與跑步傷痛發生高度有關。
研究發現,外翻角度介于7-10度之間,跑步傷痛發生最少。過度足外翻與足底筋膜炎、跟腱痛、小腿胫骨應力綜合征、甚至膝痛都有較高關聯度。
足外翻是着地時正常現象
華為小灰豆也能測量着地時外翻角度,也是一個重要的受傷風險的預測指标,對于扁平足跑者尤其意義較大。
此外,小灰豆還能測試跑步時小腿擺動角度,也就是不少跑者關心的小腿提拉折疊角度,這個指标對于慢速跑步評價意義不是很大,但對于成熟和精英跑者評估跑步效率是一個非常有價值的指标。
因為小腿必要的折疊提拉可以縮短下肢擺動半徑,提升大腿前擺速度,提升跑步效率,節省能量。
不斷的微創新
讓跑者更好地查看跑姿結果
此次小灰豆的推出,不光是通過雙傳感器聯合使用提供更為豐富全面的跑姿參數,華為不斷的微創新也為跑者多角度評估跑姿提供了便利,改善用戶體驗無處不在。
為何這麼說呢?
首先,華為運動健康APP像大多數跑步APP那樣,提供了一次跑步各項跑姿參數的平均結果。
但跑者在一次跑步過程中往往并不是勻速跑步,而是有快有慢,或者剛開始慢後面逐漸加快,但目前多數品牌的跑步傳感器最終呈現給跑者的跑姿參數結果都是取一次跑步的平均值,這樣實際上就會将快速的跑姿表現和慢速的跑姿做了一個平均,既不能很好地反映慢速時的跑姿表現,也不能反映快速時的跑姿表現。
而華為這次除了提供平均跑姿表現,還将跑者一次跑步中的配速做了分段處理,除了顯示不同配速區間的用時,也顯示不同配速區間的相應跑姿表現,這樣跑者就能更好的看清自己在慢速和快速時的各項跑姿表現,這就是不斷提升用戶體驗的體現,華為的确在服務用戶方面做足了功夫。
顯示分段配速時的跑姿表現
如何根據跑姿參數
提升跑步技術減少受傷
跑步通常被認為是心肺耐力運動,但心肺工作目的是将氧氣運輸到肌肉,為肌肉收縮提供能量,而肌肉收縮産生的力量才是推動人體跑步的原動力,此外肌肉也通過收縮緩沖騰空落地時地面沖擊力,換句話說,跑得快是靠肌肉收縮提供動能,跑步不受傷也得靠肌肉吸能緩沖。
從慢到快,跑步騰空落地時受到的地面沖擊力從1.5倍到3倍體重之多,且随着速度加快,第一峰值力上升迅速,跑者想要跑得更快需要更強的心肺耐力和肌肉力量這點毋庸置疑,但也要具備更強的承受和緩沖第一峰值力的能力。
跑者如何才能将跑步時騰空落地的沖擊力控制在合理範圍,避免受傷呢,這是最為重要的四條建議。
1、不斷體驗領會逐步形成科學合理的跑步技術
好的跑步技術可以最大程度緩沖受力,包括:
● 着地時着地點距離重心不是太遠,膝關節保持适度彎曲,彎曲的骨骼排列才有利于緩沖;
● 着地時膝關節要實現必要的屈膝下壓,從而實現緩沖受力;
● 在同等速度(配速不是太快的情況下)下更推薦快步頻,這樣有助于減少騰空高度,一方面更省力,一方面也減少落地沖擊,還能避免着地點距離重心過遠;
2、強化肌肉力量
力量是産生動作的源泉,良好的肌肉力量一方面提供足夠動力,一方面也能夠充分緩沖受力;
3、循序漸進地跑步,逐步提高身體承受能力
再強大的肌肉力量,再合理的跑步技術也經不起超出自身能力的損耗和折騰,循序漸進地跑步本質就是要逐步提高身體承受應力的能力。
随着速度加快,第一峰值力上升迅速,所以你想跑得更快,就要具備更強的身體承受應力的能力,羅馬不是一天建成的,循序漸進的跑步,為一場馬拉松比賽進行充分準備就是逐步提高身體承受能力的過程;
4、給予身體足夠的修複和恢複
身體在承受應力之後,可能會造成局部負荷積累,這種負荷積累對于身體而言是一種刺激,身體隻有通過休息和恢複才能适應刺激,并且變得更強大,這就是所謂超量恢複。
總結
華為通過S-TAG小灰豆的研發,一方面彌補在垂直振幅、左右平衡等跑者廣為接受的傳統跑姿指标上的缺失,一方面利用分體式組合設計的方式,通過布局在身體不同部位的多個傳感器,更全面地測量跑姿,特别是新推出的觸地峰值、沖擊負載率等動力學指标是首次出現在跑姿評估中,比較有創新性。
事實上在鞋帶上安裝傳感器未來還有很多研發可以做,比如測量小腿每一步在整個着地、支撐、蹬伸、提拉折疊、前伸過程中的運動軌迹是否均勻,借此可以反映人體運動穩定性和精準性,在疲勞時這種精準穩定性就會下降,那麼該參數就可以反映疲勞。
此外跑步功率這個新興指标目前也越來越多受到重視,Stryd 跑步功率儀同樣是安裝在鞋帶上,主要就是用跑步功率評估跑步表現。
相信未來華為也會不斷叠代,推出更多跑姿參數,可穿戴技術的不斷創新真的是造福了廣大跑者。
華為這次推出S-TAG小灰豆所引領的技術創新相信對于整個穿戴行業也有一定促進和啟發作用。
S-TAG小灰豆售價299元,不算貴,對于跑姿感興趣,同時使用華為手表的跑者可以考慮購買,目前支持HUAWEI WATCH GT Runner / GT 3 / GT 2022典藏款、HUAWEI WATCH GT 3 Pro、HUAWEI WATCH 3 Pro new等多款華為手表;
但小灰豆目前不支持獨立使用,如果你使用的不是華為手表,看起來暫時還無法使用小灰豆,這也是硬件廠家構建自家生态鍊産品的一部分。
我們常說跑姿因人而異,運動員跑姿也并非人人相同,但差異是有限的,運動員跑姿仍然表現出很好的技術一緻性,比如步幅較大、緩沖好,制動少,這跟他們具備良好的柔韌性和力量有關,而技術的背後是身體能力,所以改進跑姿需要技術訓練和能力訓練相輔相成。
跑步研習社為希望進一步優化跑步技術的進階跑者送上最新跑姿訓練進階課程。
适合人群
适合馬拉松成績4小時以内的跑者
參加過21天學會正确跑姿的跑者
有良好的力量以及關節活度正常的跑者
希望掌握跑步技術提高運動表現的跑者
沒有跑步傷痛的跑者
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