今年夏天，全球最顶尖的运动员将齐聚一堂，挑战人类体能极限，为自己和国家争取荣耀。他们也将不断追逐纪录，无论是力求刷新个人最好成绩，还是成为新的世界纪录保持者。运动员们每年都在变得更快、更强、更专业，不断提高各自运动项目的竞技门槛。
除了运动员个人的刻苦训练外，技术创新在运动表现的持续进步中也发挥着巨大作用。训练和营养学在不断进步，运动员所使用的装备和服装亦是如此。例如，运动服饰领域强劲的创新态势，从顶级公司在过去五年中提交的大量专利申请中可见一斑（表1）。
来源：由 CAS IP Services℠ 团队于 2024 年 7 月 14 日完成的专利检索。范围：2019 年 7 月 1 日起发布的全球专利或申请，包含实用新型专利和外观设计专利。公司排名依据：Business Chief。
让我们深入了解一些正在赛场上发挥作用的具体创新，以及它们如何影响运动员的成功。
新技术如何改善运动表现？
材料科学的进步正在提升面料、鞋类等产品的灵活性、舒适度、安全性和可持续性，帮助运动员在各自的运动项目中达到新高度。如今的运动员正受益于众多新型面料和服装创新，这些创新在训练和比赛中为他们的身体提供支持。这些技术不仅影响血液循环等生理功能，还作用于空气和水阻力等外部因素。
- 压缩装备可改善血液循环并促进恢复。 压缩服饰在医疗领域已应用数十年，用于预防术后血栓和水肿。运动员现在利用压缩面料获得同样的循环益处以提升表现——将氧气输送到运动中的肌肉，从而控制乳酸堆积，减少肌肉疲劳和酸痛。一项最新的压缩运动服研究发现，下肢压缩服饰能减少血流和心率以提高耐力，而全身压缩服饰则能提升速度。尼龙 6 和聚酰胺-6 等合成面料的创新，正推动着从长袜到护袖等更多压缩装备的开发，帮助运动员表现更佳、恢复更快。
- 3D 打印实现运动装备定制化。 随着 3D 打印技术的普及，运动员可以拥有专为其体型和运动模式打造的装备。这不仅影响了运动表现和训练方案，还提高了护齿、护具和头盔等防护装备的贴合度与有效性。它还推动了定制跑鞋的开发，例如阿迪达斯 Futurecraft，它能为每个人的双脚提供精准的贴合感和最佳的缓冲效果。随着 3D 打印技术不断推动更复杂设计和产出的实现，运动员如今已触手可及地获得完全根据其需求定制的各类装备。
空气动力学设计提升运动员速度。 零点几秒的差距就可能决定胜负。因此，运动员和教练都在寻求最具空气动力学的面料和装备以减少阻力，且研究发现运动服中纤维的混纺比例与空气摩擦阻力呈正相关。具体而言，由于纱线上分布的绒毛，棉纤维比例越高，面料的空气摩擦阻力越低。合成面料（如耐克AeroSwift足球套件中使用的再生聚酯纤维）在改善空气动力学的同时，还能将汗水从皮肤排出，从而提升运动员的速度。
科学如何改善运动员的健康与安全？
运动员将自身推向人类耐力的极限，因此在训练和比赛中确保身体得到最佳保护和支持至关重要。幸运的是，材料科学的创新，甚至深入到纳米尺度，正在产生深远影响。
- 石墨烯和相变材料改善热调节。 透气面料和吸湿排汗功能对于运动员的热调节至关重要。这对任何运动员都很重要，但对于这些精英选手来说，这更是成功的关键。石墨烯注入面料增强了吸湿性和透气性，研究表明石墨烯可以通过均匀分布面料上的热量来改善热调节，从而维持最佳体温。无论是蜂窝状还是蜘蛛网状结构，这些二维碳原子在水分和热量散发方面都非常有效。
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（例如从固态变为液态）时能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（如二十烷、十八烷、聚乙二醇 (PEG) 和十九烷）被用于纺织产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，从而维持稳定的体温。
- 抗菌面料处理可预防感染。 处理汗水和湿气是运动服最重要的功能之一，旨在确保运动员的舒适度并防止刺激和感染。目前，面料正通过纳米颗粒和其他化合物进行处理，以更好地抑制微生物生长。例如，包括银、铜、钛、锌和金在内的纳米金属和金属氧化物涂层常被用作运动服中的抗菌剂。安德玛 (Under Armour)和露露乐蒙 (Lululemon)这两个品牌都在使用矿物颗粒来抑制服装中的微生物生长。
无金属抗菌创新也在开发中，例如Sanitized PuretecTM。该化合物采用季铵硅烷技术，通过其长碳链与铵硅烷的相互作用破坏细菌细胞壁。这不仅能杀灭细菌，还具有减少运动服异味的额外功效。
运动服饰创新提升紫外线防护能力。户外训练和比赛的运动员需要卓越的紫外线防护。将紫外线防护技术直接植入装备和服装是一项关键进展，目前多种材料正被用于实现这一目标。二氧化钛和氧化锌等常见的紫外线阻隔剂常被加入织物纤维中，确保即使经过多次洗涤也能保持持久的防护效果。石墨烯也可添加到氨纶等合成纤维中，从而使织物达到 50+ 的紫外线防护系数。此外，源自甲壳类动物的壳聚糖以及植物油等天然化合物也被注入织物中，以提供紫外线防护。
运动服饰如何变得更加可持续？
随着快时尚的兴起和合成纤维的普及，人们对服装生产带来的排放和污染问题日益关注。运动服饰也不例外，如今运动员有了更多既能保证性能与安全，又兼顾可持续性的服装选择。
- 回收塑料助力可持续合成纤维的生产。包括耐克和阿迪达斯在内的品牌正利用海洋回收塑料开发聚酯纤维。Econyl® 也利用回收废料生产再生尼龙，Speedo 已将其应用于部分泳装产品中。这些材料及其背后的开发工艺，对于实现运动服饰的循环经济具有重要意义。
- 可生物降解织物解决废弃物问题。天丝™是一种源自桉树木浆的人造纤维，具有可生物降解性。其生产采用闭环系统，99% 的溶剂可被回收再利用。天丝等解决方案有助于解决运动服饰及日常服装中合成材料废弃后进入垃圾填埋场的问题。
创新助力实现全新运动成就
正如运动员不断挑战自我以实现新的运动里程碑一样，开发其装备和器材的科学家、设计师和创新者们也在不断突破界限，为运动员提供竞争优势。在 CAS，我们将持续关注这些从泳帽到运动鞋的创新成果，见证它们在未来助力全球运动员成就卓越，并追踪即将到来的下一波创新浪潮。
