Кроссовки-киборги: В ногах правды нет. Но есть компьютер

Три года в обстановке столь полной секретности, какая и не снилась иным предприятиям ВПК, небольшая группа инженеров занималась разработкой первых в мире «умных» кроссовок, получивших название adidas 1. Первый экспериментальный вариант был сделан из игрушечных (в прямом смысле этого слова) элементов.

«В начале работ у нас не было даже необходимых частей для механизма. Но мы приобрели в магазинах несколько игрушек, разобрали их и использовали получившиеся детали», — говорит Марк Олесон, один из инженеров-разработчиков adidas 1. «За три года мы перепробовали множество вариантов. Наши первые амортизационные элементы мы создавали по принципу двойного цилиндра, и лишь где-то к пятидесятому варианту нам удалось сконструировать действительно надежную и удобную амортизационную систему», — добавляет Кристиан Дибенедетто, лидер команды.

Перед инженерами стояли несколько проблем. Во-первых, нужно было выбрать датчик, обеспечивающий обратную связь. Он должен был потреблять совсем небольшое количество энергии, поскольку кроссовкам предстояло работать на стандартных литиевых элементах 2450, а их емкость невелика — всего 550 мАч. «Идеально было бы сделать время жизни батарей сравнимым со временем жизни самой обуви. В качестве же реальной цели мы поставили задачу достичь 100 часов», — говорит Кристиан Дибенедетто. Разработчики выбрали датчик Холла, расположив его в верхней части подошвы. Этот бесконтактный сенсор позволяет точно отслеживать изменение плотности магнитного потока в зависимости от расстояния до магнита, расположенного в нижней части подошвы. К тому же его можно сделать водозащищенным, а это немаловажный фактор для обуви, которая будет эксплуатироваться в дождливую погоду.

Вторая проблема — защита механики. При весе бегуна в 75 кг части подошвы испытывают ударные нагрузки, превышающие 200 кгс, и это может в лучшем случае нарушить регулировку прецизионной механики (а в худшем — превратить хрупкий электромотор и пластиковые шестерни в кучку обломков). В то же время абсолютно жесткий моторный кожух будет передавать ударные нагрузки прямо на стопу, лишая смысла саму идею амортизации. В итоге корпус пришлось делать, как у подводных лодок — двойным. Внутренний, жесткий, изготовлен из поликарбоната, а внешний — эластичный, из полиуретана, распределяет нагрузку, отводя ее на промежуточную подошву.

Даже такая задача, как выведение световых сигналов на торец подошвы, чтобы они были хорошо видимы сбоку и сверху, решена элегантно: на самом деле светодиоды расположены на плате управления, а от них к торцу отходят световоды из прозрачного полиуретана. Но чтобы додуматься до этого, инженерам потребовалось пятнадцать попыток...

Как же устроена «умная» беговая обувь? Задняя часть подошвы представляет собой эллиптический упругий элемент. Над ним, сразу под пяткой, расположен датчик Холла, а в нижней его части — небольшой магнит, вместе они образуют сенсор, позволяющий измерять деформацию подошвы (которая зависит от стиля бега, веса бегуна и характера поверхности) с точностью до 0,1 мм. Сигналы датчика обрабатывает микропроцессор, расположенный под сводом стопы. Программа процессора сравнивает полученные от датчика сигналы с рекомендованными значениями и определяет величину корректировки для поддержания оптимальной жесткости. Затем процессор посылает сигналы на исполнительный элемент — небольшой электродвигатель, который через редуктор (1:50) вращает винт, удлиняющий или укорачивающий тросик. Последний прикреплен к стенкам эллиптического амортизирующего элемента и позволяет изменять жесткость подошвы.

Происходит все намного быстрее, чем вы прочитали наше объяснение: 8-битный микропроцессор имеет тактовую частоту 20 МГц и выполняет 5 млн. вычислений в секунду, а считывание сигналов с датчика осуществляется 1000 раз в секунду. Для бегуна такая система «прозрачна» — подстройка осуществляется постепенно, а для экономии энергии измерительная система на время отрыва подошвы от поверхности «засыпает». А вот система подстройки жесткости работает как раз в эти промежутки — пока упругий элемент не нагружен, его легче деформировать (то есть двигатель потребляет меньший ток). Механизм весит всего 40 г (примерно 10% от веса обуви).

Такая система универсальна и всегда будет поддерживать оптимальный уровень амортизации. Почему же именно амортизации уделяется такое внимание? Как рассказал «TechInsider» специалист по биомеханике спортивной обуви, доктор биологических наук и вице-президент российской Ассоциации спортивного инжиниринга Борис Дышко, чрезмерные ударные нагрузки, возникающие при беге, являются наиболее опасным травмообразующим фактором. «Идея обуви с переменной жесткостью подошвы не нова. В 1970-х компания adidas выпускала кроссовки, жесткость подошвы которых можно было регулировать, затягивая три винта специальным ключом и таким образом сжимая упругий элемент. adidas 1 — это реализация старой идеи на современном уровне».

Система автоматической регулировки амортизации работает не только в зависимости от типа дорожного покрытия и стиля бега, но и от веса бегуна. Хотя производители спортивной обуви рассчитывают степень амортизации под размер ноги, отклонения при этом могут доходить до 30% (например, бегуны с 44-м размером обуви могут весить и 65 кг, и 95 кг). В свое время делались даже попытки выпускать обувь под различный вес спортсмена — например, компания Nike для этого использовала цветовую маркировку.

Однако у adidas 1 есть и недостатки. «Обратите внимание на высоту ‘каблука', — говорит Борис Дышко, — она несколько больше, чем у другой современной беговой обуви. Это повышает риск подворота стопы в подтаранном суставе при постановке ноги на опору ‘с пятки'. По этой же причине я не рекомендовал бы играть в этих кроссовках в теннис или баскетбол — там много боковых тормозящих движений, а гасить поперечные нагрузки здесь просто нечему. Впрочем, последнее во многом относится к любой специализированной беговой обуви».

Все это означает, что в таких кроссовках можно только бегать — причем желательно на более-менее протяженные дистанции, чтобы обувь успевала «приспосабливаться» под стиль и вес спортсмена и дорожное покрытие. Но все же не стоит забывать, что это первая модель, которая предпринимает активные действия, пытаясь помочь спортсмену. Пока это касается только обеспечения комфорта, но не за горами то время, когда подобная обувь будет применяться в целях экономии сотых долей секунд — а в большом спорте это может означать грань между победой и проигрышем. Правда, тогда комиссии по борьбе с допингом МОК понадобятся не только фармакологи, но и программисты.

Кроссовки предоставлены компанией аdidas и агентством 3.14R.