鞋帶的黑科技與大目標(biāo)

張燕

對鞋帶的研究，可以應(yīng)用于外科手術(shù)的縫合等領(lǐng)域

不要小看鞋上那兩根看似普通的帶子，如果留心的話，你會發(fā)現(xiàn)里面隱藏著不少黑科技。而且，類似的研究，往往都有一個(gè)大目標(biāo)，能讓人腦洞大開。

一項(xiàng)歷時(shí)兩年的研究

鞋帶總是會在人們意想不到的時(shí)候松開。不管怎么精心系住，鞋帶都會變松，只有打死結(jié)除外，但后者的時(shí)間成本又太高。于是大家只能硬著頭皮研究最好的系鞋帶方式。

最新研究為解決這個(gè)問題提供了希望，研究人員雖然沒能設(shè)計(jì)出萬能繩結(jié)，但至少搞明白了為什么鞋帶總會松開。

花大力氣研究鞋帶原理的，并非神采飛揚(yáng)的鞋品設(shè)計(jì)師，而是頗帶書呆子氣的理工男。美國加州大學(xué)伯克利分校的奧利弗·奧萊利教授是機(jī)械工程專業(yè)的，他和兩名博士生一起進(jìn)行了鞋帶研究。

從提出假設(shè)到進(jìn)行測試，他們花了兩年時(shí)間。在刷了無數(shù)的步數(shù)，系了無數(shù)次鞋帶后，研究人員發(fā)布報(bào)告說，腳踩地面的力量和人的腿部運(yùn)動(dòng)疊加在一起，導(dǎo)致了鞋帶變松。

研究人員稱，他們花了無數(shù)個(gè)周末在走廊上走來走去，盯著鞋帶，看著它們松開。為了排除鞋子結(jié)構(gòu)對于鞋帶結(jié)的影響，他們嘗試了多種鞋，包括跑鞋、時(shí)裝鞋、專業(yè)運(yùn)動(dòng)鞋和登山靴。

研究人員弄清楚了鞋帶變松的原因，但理論與實(shí)踐間還有很大距離，即使在經(jīng)歷了深入的研究后，奧萊利教授的鞋帶依舊會經(jīng)常松開。

鞋帶黑科技的前景

研究鞋帶松開的原因并沒有讓奧萊利教授掌握系緊鞋帶的方式，要避免他口中的“每天都有的這種災(zāi)難”，目前來看，還是得多穿緊口的樂福鞋或拖鞋。

但是，其研究思路的延展結(jié)果，很可能是生產(chǎn)出摩擦力更強(qiáng)、不會自己松動(dòng)的鞋帶。

這種不容易松開的鞋帶，首先需要材質(zhì)上的更新。傳統(tǒng)的鞋帶是由皮革、棉花、黃麻或用于制造繩索的其他材料制成的?，F(xiàn)代鞋帶通常包含各種合成纖維，比由傳統(tǒng)纖維制成的鞋帶更光滑，因此也更容易松開。這種合成纖維鞋帶之所以會采取光滑的外表，是因?yàn)槟菢硬灰资軡駳獾母g，也更耐用。它的副作用就是比較容易松開。

鞋帶的外觀設(shè)計(jì)決定了使用者能不能少彎幾次腰去系鞋帶，方形橫截面的鞋帶由于摩擦表面積增加，通常比圓形橫截面的鞋帶更不易松開，比如水手鞋上通常就配有方形橫截面的真皮鞋帶。

鞋帶的結(jié)構(gòu)也會產(chǎn)生相關(guān)影響。雖然水手鞋上用的是真皮鞋帶，但人們所穿的大部分鞋，配備的都是包芯紡織鞋帶。這種鞋帶包括內(nèi)芯和外層編織物兩部分，其結(jié)構(gòu)類似于傘繩。為了使鞋帶能打出牢固的繩結(jié)，外層編織物必須是柔軟和可壓縮的。

除講究形狀和結(jié)構(gòu)外，廠商還可以在鞋帶上噴涂一些涂層，進(jìn)行打蠟或者硅膠處理，以增加摩擦力，并幫助繩結(jié)不易松開。在一些專業(yè)的足球鞋或籃球鞋上，鞋帶都要經(jīng)過這道工序，以保證球員盡量不在關(guān)鍵時(shí)刻腳上“掉鏈子”。

此外，人們還研究出新型的防松散鞋帶，如鞋帶兩端帶芯以金屬絲襯入，保留打結(jié)后容易固定結(jié)牢的特點(diǎn)，但中間帶芯的地方，全部或部分采用彈性皮筋。新型系結(jié)很方便而且不會松脫，中間帶芯很柔軟并有拉伸彈力，輕松且方便系緊鞋帶，可避免鞋帶松開后被人或被自己踩到，無摔倒之虞。

其實(shí)，所有針對鞋帶的研究并不局限于鞋上那幾十厘米的用途，而是要將這種“黑科技”推到更廣闊的空間，比如，有研究者認(rèn)為，可以將其原理應(yīng)用于外科手術(shù)的縫合等領(lǐng)域。它或許有助于制造更結(jié)實(shí)的纖維，甚至解開深海光纜為什么會糾纏在一起和斷裂的謎團(tuán)。

線為何總會繞住

有研究團(tuán)隊(duì)在努力弄清鞋帶松開的真相，也有團(tuán)隊(duì)在研究不該纏在一起的繩子為何會攪成一團(tuán)。

比如，每次坐在車上，從背包里掏出耳機(jī)打算插在手機(jī)上聽音樂的時(shí)候，人們都會發(fā)現(xiàn)不管事先把耳機(jī)線纏得多整齊，它永遠(yuǎn)都會在包里扭成一團(tuán)亂麻。

物理學(xué)家一直試圖找出線總會纏繞在一起的真相。美國物理學(xué)家多里安·雷默和道格拉斯·史密斯就在這方面下了不少功夫。

在實(shí)驗(yàn)中，他們把一條又長又軟的繩子放入盒子里，然后翻轉(zhuǎn)盒子10秒。隨后，雷默又改變繩子的長度、硬度、盒子大小、翻轉(zhuǎn)速度等參數(shù)，進(jìn)行了約3000次重復(fù)實(shí)驗(yàn)。

結(jié)果顯示，有大約50%的概率繩子會打一個(gè)結(jié)。而影響這一結(jié)果的主要因素之一是繩子的長度與盒子大小的比例。在盒子大小一定的情況下，長度小于50厘米的繩子打結(jié)的情況較少，而隨著長度增加，打結(jié)的幾率也增大。然而這也有上限，當(dāng)繩子的長度達(dá)到1.5米時(shí)，在超過一半的情況下都不會打結(jié)。

研究者們在實(shí)驗(yàn)中觀察到，如果使用較硬的繩子，打結(jié)的幾率就會減小。也許，這就是蘋果公司最近幾代筆記本電腦的電源線都選用了較硬材料的原因。這也說明了為什么又細(xì)又長的圣誕樹彩燈總是一團(tuán)糟，而又短又粗的接線板電線卻總能平平整整。

較小的容器也能防止打結(jié)。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，較長的繩子在較小的盒子中時(shí)，由于繩子有一種展開的趨勢，所以它會緊貼盒子內(nèi)壁，從而在盒子翻轉(zhuǎn)時(shí)，繩子末端不會“掉到”繩子中段纏繞起來。盒子翻轉(zhuǎn)速度較高，也可以減小繩子打結(jié)的幾率。因?yàn)殡x心力的存在，繩子會緊貼盒子內(nèi)壁，根本沒有打結(jié)的可能。

和研究鞋帶的成果并不局限于鞋帶本身一樣，研究耳機(jī)線的成果也可以拓展，比如可以證明疊在一起的細(xì)線、毛發(fā)之類的東西為何不可避免地自發(fā)成結(jié)。

這一發(fā)現(xiàn)甚至有可能是理解DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)的重要線索。當(dāng)然，這個(gè)大目標(biāo)是屬于科學(xué)家的，對于普通人來說，更有指導(dǎo)意義的，是購買一個(gè)小尺寸的耳機(jī)盒。

加入抖腿大軍的隊(duì)伍吧

在對鞋帶松開的研究中，研究人員花了大量時(shí)間坐在桌子旁搖擺雙腿，想看看運(yùn)動(dòng)對鞋結(jié)是否有影響。結(jié)果發(fā)現(xiàn)沒有影響，如果僅僅是跺腳，也對鞋帶沒有影響。

抖腿跺腳的動(dòng)作雖然不影響鞋帶，但會對人的健康產(chǎn)生影響。當(dāng)一群人圍坐在桌邊時(shí)，總會有人抖腿，甚至讓周圍的東西也跟著一起晃動(dòng)起來。這種令人坐立不安的行為雖然會讓旁人感覺很煩躁，但研究表明，這樣比靜靜地坐著要好。

密蘇里大學(xué)的一項(xiàng)研究提出越來越多的證據(jù)顯示，人們早就知道，坐著的時(shí)間太長會有害健康，比如，短期來講，坐的時(shí)間太久會導(dǎo)致體重增加，增加糖尿病風(fēng)險(xiǎn)，時(shí)間更短一點(diǎn)則會減少血流，特別是腿部的血流。當(dāng)人們坐在桌邊工作或在餐廳就餐的時(shí)候，胳膊活動(dòng)可能相對更多一些，但是腿幾乎都不活動(dòng)。血液循環(huán)減少會引起動(dòng)脈硬化，對于心臟來說這可不是個(gè)好消息。

但是總會有些時(shí)候你不可能站起來或四處走動(dòng)，因此密蘇里大學(xué)的研究人員設(shè)計(jì)了一個(gè)實(shí)驗(yàn)，觀察人們坐著的時(shí)候活動(dòng)一條腿是否會影響體內(nèi)的血流。共有11名健康的大學(xué)生參與了這項(xiàng)研究，參與者們坐在桌邊三個(gè)小時(shí)，保持一條腿靜止，腳水平地放在地面，同時(shí)每隔五分鐘就抖動(dòng)另外一條腿，抖一分鐘。

在實(shí)驗(yàn)前、試驗(yàn)中以及實(shí)驗(yàn)后，參與者腿上的血壓被分別記錄下來。結(jié)果顯示，運(yùn)動(dòng)中的腿血壓更高，原地不動(dòng)的腿血壓較低。不過在三小時(shí)測試結(jié)束后，兩條腿的區(qū)別進(jìn)一步顯現(xiàn)出來，靜止那條腿的主動(dòng)脈對血壓的變化沒有反應(yīng)，活動(dòng)的那條腿對變化更敏感。

研究人員建議，人們坐著時(shí)保持雙腳移動(dòng)，雖然可能會惹惱周圍的朋友和同事，但將好處告訴他們后，說不定大家都會加入抖腿大軍的隊(duì)伍。更何況，原地抖腿也會像走路一樣燃燒卡路里，對于不少人來說，這具有難以抗拒的吸引力。