麻省理工工程师开发新设计模型，打造更完美的 3D 打印鞋

导读：近年来，3D打印通常被用到鞋子的设计和制造当中，这是因为该技术可以用于定制适合客户的鞋子。但我们如何知道3D打印的鞋子能否符合预期设计呢？是否可以根据跑步风格或穿戴者是否参加马拉松或短跑找到一种优化方法？现在，这鞋问题可能有了新的答案。

2024年1月30日，南极熊获悉，来自麻省理工学院的工程师开发了一款鞋子设计模型，该模型能够预测任何特定跑步者的最佳跑鞋设计，包括3D 打印的鞋子。

跑步是当今最受欢迎的运动形式之一，根据 Statista 的信息，到 2021 年，约有 5000 万美国人（约占美国人口的 15%）参与跑步。但跑步的类型和跑步者的类型可能有很大差异，因此当今市场上有大量的选择。3D打印提供了另一种选择，允许为每个跑步者定制鞋子，阿迪达斯、Zellerfeld等公司已经顺应了这一趋势。但每个跑步者都是独一无二的，鞋子也是如此，对于职业马拉松运动员和刚刚开始的人来说，适用的东西是不一样的，制造商需要知道他们的鞋子是否有效。

△研究人员在 Instron 机器上测试了 3D 打印中底设计的刚度，以贴合脚的模型

这就是为什么鞋子设计师选择和麻省理工学院合作，以找到优化性能的方法，包括 3D 打印鞋子的性能。相关研究以题为“ModelingRunning via Optimal Control for Shoe Design”的论文被发表在《Journa of Biomechanica Engineering》期刊上。

麻省理工学院机械工程学教授、该论文的合著者 Anette Peko Hosoi 解释说：“通过 3D 打印，设计师可以在材料响应方面进行局部调整。通过这个模型，意味着可以指导我们去做所有这些事情。”

可以预测 3D 打印鞋性能的新模型

麻省理工学院运动实验室和数据、系统和社会研究所 (IDSS) 的博士后 Sarah Fay 表示，该模型可以为开发新颖且高性能的3D打印鞋子开辟道路。事实上，该工具有望进一步突破运动鞋设计的界限，从而与增材制造相联系。以至于它在带有支架的3D打印中底上进行了测试，该支架应该在特定位置提供一定的弹力或硬度。

这是怎么做到的？通过研究人员的计算，该模型能够根据身高、体重和腿长以及鞋子的材料特性（包括前后中底的刚度）来模拟步态的变化。通过将这些与 Fay 和 Hosoi 所说的“生物成本函数”（描述为跑步者可能没有意识到但仍会尽力最小化的质量）相结合，他们能够创建一个准确预测步态的模型。更具体地说，他们发现跑步者倾向于尽量减少脚对跑步机的影响以及腿部消耗的能量。因此，这些可以根据鞋子进行优化。

Fay 总结道：“我们在模型中提供了足够的灵活性，可用于设计定制鞋子并了解不同的个人行为。未来，我们想象如果您向我们发送自己跑步的视频，我们就可以 3D 打印出适合您的鞋子。”