Preeti Jain
Information Scientist, ACSI India
在运动成绩不断进步的过程中，除了运动员个人的努力之外，技术创新也发挥了巨大作用。训练和营养在进步，运动员的装备和服装也在进步。运动服装领域的强大创新全景，从过去五年内顶级公司申请的大量专利中便可见一斑（表 1）。
表 1.过去五年全球顶级运动服装品牌的专利申请情况
资料来源：CAS IP Services ℠团队于 2024 年 7 月 14 日完成的专利检索。
适用范围：自 2019 年 7 月 1 日起公布的全球专利或申请，包括实用新型和外观设计专利。公司排名由 Business Chief 提供。
让我们详细了解一下在该领域的一些具体创新成果，以及它们如何推动运动员取得成功。
新技术如何带来运动成绩的提高？
材料科学的进步正在提高织物、鞋类等产品的灵活性、舒适性、安全性甚至可持续性，从而帮助运动员在各自领域达到新高度。如今的运动员正受益于众多新型织物和服装创新技术，这些技术在训练和比赛中都能为运动员的身体提供支持。这些技术不仅会影响血液循环等生理功能，还会影响空气阻力和水的阻力等外部因素。
压缩衣促进血液循环和恢复。数十年来，医疗机构一直使用压缩衣预防术后血栓和水肿。现在，运动员也开始使用压缩织物来获得同样的血液循环益处，以提高运动成绩 —— 为运动肌肉供氧，从而控制乳酸积累，减轻肌肉疲劳和酸痛。最近的一项压缩运动服研究发现，下身压缩衣能减少血流量和心率，从而提高耐力，而全身压缩衣则能提高速度。尼龙 6 和聚酰胺-6 等合成织物的创新推动了更多压缩装备的开发（从长袜到护袖），帮助运动员发挥更好、恢复更快。
3D 打印定制运动装备。随着 3D 打印技术的普及，运动员可以根据自己的体形和运动模式定制装备。这不仅影响了运动表现和训练方案，还改善了护齿、护垫和头盔等防护装备的贴合度和有效性。它还推动了定制跑鞋的发展，如Adidas Futurecraft 跑鞋，可为每个人的双脚提供精确的贴合度和最佳的缓冲。随着 3D 打印技术的不断进步，能够创造出越来越复杂的设计和产品，运动员现在可以完全根据自己的需求定制装备的每一个元素。
空气动力学设计提高运动员的速度。几分之一秒的差距就足以决定是冠军还是最后一名。因此，运动员和教练会寻找最具空气动力学特性的织物和装备以减小阻力。研究发现，运动服装中纤维的混合比例与空气摩擦阻力呈正相关。具体来说，棉纤维的比例越高，织物的空气摩擦阻力就越低，这是由纱线上分布的绒毛所致。合成纤维织物，如Nike的 AeroSwift 足球装备中使用的再生聚酯纤维，也在改善空气动力学性能的同时，将汗水从皮肤上排开，从而提高运动员的速度。
科学如何改善运动员的健康和安全？
运动员将自己推向了人类耐力的极限，因此在训练和比赛期间对他们的身体提供最佳保护和支持至关重要。幸运的是，材料科学的创新，甚至是在纳米尺度上的创新，正在产生影响。
石墨烯和相变材料可改善热调节。透气织物和吸湿排汗功能对运动员的热调节至关重要。虽然这对任何运动员都很重要，但对这些精英选手来说更是成功的关键。掺入石墨烯的织物提高了吸湿性和透气性，研究表明，石墨烯可通过在织物上均匀分布热量来改善热调节，从而维持最佳体温。无论是蜂窝状还是蜘蛛网状结构，这些二维碳原子都能有效吸湿和散热。
相变材料（PCM）是热调节领域的另一项突破。PCM 是一类特殊的物质，在相变过程中（如从固态变为液态）能够释放或吸收足够的能量，从而提供有效的加热或冷却。在不同类型的 PCM 中，石蜡类物质（如二十烷、十八烷、聚乙二醇 (PEG) 和十九烷）被用于纺织品中，以吸收和释放热能，从而提供更好的温度控制。当运动员体温升高时，PCM 会吸收多余的热量；当体温下降时，储存的热量会被释放出来，从而保持体温稳定。
抗菌织物处理可防止感染。处理汗水和湿气是运动服最重要的功能之一，以确保运动员的舒适度并防止刺激和感染。如今，织物正通过使用纳米颗粒和其他化合物进行处理，以更好地防止微生物生长。例如，基于纳米颗粒的金属和金属氧化物涂层，包括银、铜、钛、锌和金，作为抗菌剂被广泛用于运动服装中。Under Armour 和 Lululemon是两家使用矿物微粒来抑制其服装中的微生物生长的品牌。
无金属抗菌创新技术也在不断发展，例如 Sanitized PuretecTM。这种化合物采用 Quat Silene 技术，通过其长碳链和硅烯铵的相互作用以破坏细菌细胞壁的稳定性。这不仅能杀死细菌，还有助于减少运动服的异味。
运动服创新技术提升了紫外线防护能力。在户外进行训练和比赛的运动员需要良好的紫外线防护。将紫外线防护技术直接嵌入装备和服装中是一项重要的进步，且目前有多种材料都被用于实现这一效果。常见的紫外线阻隔剂，如二氧化钛和氧化锌，通常被加入到织物纤维中，以确保在多次洗涤后仍能提供持久的紫外线防护。石墨烯也可以添加到氨纶等合成织物中，从而使织物的紫外线防护系数达到 50+。天然化合物，如从贝类中提取的壳聚糖和植物油，也被添加到织物中以提供紫外线防护。
运动服装如何变得更加可持续？
随着快时尚的兴起和合成织物的增多，关于服装的排放和污染的担忧也在增加。运动服装也不例外，如今，运动员在服装上有了越来越多的可持续性选择，同时还能保证其运动性能和安全性。
回收塑料制造可持续合成织物。Nike和Adidas等品牌正在使用从海洋中回收的塑料来开发涤纶织物。Econyl® 也在利用回收废料制造再生尼龙，Speedo 在其部分泳装中采用了这种材料。这些材料及其开发过程是实现运动服装循环经济的重要创新。
可生物降解织物解决废弃物问题。TencelTM是一种人造纤维，提取自桉树木浆，具有生物降解性。其生产过程采用封闭循环系统，其中使用的 99% 的溶剂都被回收和循环利用。像Tencel 这样的解决方案还能解决运动服装和消费类服装中的废弃合成材料最终进入填埋场的问题。
创新带来新的运动成就
正如运动员在运动中不断超越自我以达到新的里程碑一样，为他们开发装备和器材的科学家、设计师和创新者也在不断突破极限，为运动员带来优势。CAS将关注这些从泳帽到鞋子的创新技术，在未来数周和数年内，如何帮助世界各地的运动员取得辉煌成就，同时追踪即将到来的下一波创新浪潮。
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