鞋帶的黑科技與大目標

張燕

對鞋帶的研究，可以應用于外科手術的縫合等領域

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

一項歷時兩年的研究

鞋帶總是會在人們意想不到的時候松開。不管怎么精心系住，鞋帶都會變松，只有打死結除外，但后者的時間成本又太高。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問題提供了希望，研究人員雖然沒能設計出萬能繩結，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，并非神采飛揚的鞋品設計師，而是頗帶書呆子氣的理工男。美國加州大學伯克利分校的奧利弗·奧萊利教授是機械工程專業的，他和兩名博士生一起進行了鞋帶研究。

從提出假設到進行測試，他們花了兩年時間。在刷了無數的步數，系了無數次鞋帶后，研究人員發布報告說，腳踩地面的力量和人的腿部運動疊加在一起，導致了鞋帶變松。

研究人員稱，他們花了無數個周末在走廊上走來走去，盯著鞋帶，看著它們松開。為了排除鞋子結構對于鞋帶結的影響，他們嘗試了多種鞋，包括跑鞋、時裝鞋、專業運動鞋和登山靴。

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

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果，很可能是生產出摩擦力更強、不會自己松動的鞋帶。

這種不容易松開的鞋帶，首先需要材質上的更新。傳統的鞋帶是由皮革、棉花、黃麻或用于制造繩索的其他材料制成的。現代鞋帶通常包含各種合成纖維，比由傳統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，是因為那樣不易受濕氣的腐蝕，也更耐用。它的副作用就是比較容易松開。

鞋帶的外觀設計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。

鞋帶的結構也會產生相關影響。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。這種鞋帶包括內芯和外層編織物兩部分，其結構類似于傘繩。為了使鞋帶能打出牢固的繩結，外層編織物必須是柔軟和可壓縮的。

除講究形狀和結構外，廠商還可以在鞋帶上噴涂一些涂層，進行打蠟或者硅膠處理，以增加摩擦力，并幫助繩結不易松開。在一些專業的足球鞋或籃球鞋上，鞋帶都要經過這道工序，以保證球員盡量不在關鍵時刻腳上“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，保留打結后容易固定結牢的特點，但中間帶芯的地方，全部或部分采用彈性皮筋。新型系結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，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，有研究者認為，可以將其原理應用于外科手術的縫合等領域。它或許有助于制造更結實的纖維，甚至解開深海光纜為什么會糾纏在一起和斷裂的謎團。

線為何總會繞住

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

比如，每次坐在車上，從背包里掏出耳機打算插在手機上聽音樂的時候，人們都會發現不管事先把耳機線纏得多整齊，它永遠都會在包里扭成一團亂麻。

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

在實驗中，他們把一條又長又軟的繩子放入盒子里，然后翻轉盒子10秒。隨后，雷默又改變繩子的長度、硬度、盒子大小、翻轉速度等參數，進行了約3000次重復實驗。

結果顯示，有大約50%的概率繩子會打一個結。而影響這一結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厘米的繩子打結的情況較少，而隨著長度增加，打結的幾率也增大。然而這也有上限，當繩子的長度達到1.5米時，在超過一半的情況下都不會打結。

研究者們在實驗中觀察到，如果使用較硬的繩子，打結的幾率就會減小。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又長的圣誕樹彩燈總是一團糟，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。實驗發現，較長的繩子在較小的盒子中時，由于繩子有一種展開的趨勢，所以它會緊貼盒子內壁，從而在盒子翻轉時，繩子末端不會“掉到”繩子中段纏繞起來。盒子翻轉速度較高，也可以減小繩子打結的幾率。因為離心力的存在，繩子會緊貼盒子內壁，根本沒有打結的可能。

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

這一發現甚至有可能是理解DNA雙螺旋結構的重要線索。當然，這個大目標是屬于科學家的，對于普通人來說，更有指導意義的，是購買一個小尺寸的耳機盒。

加入抖腿大軍的隊伍吧

在對鞋帶松開的研究中，研究人員花了大量時間坐在桌子旁搖擺雙腿，想看看運動對鞋結是否有影響。結果發現沒有影響，如果僅僅是跺腳，也對鞋帶沒有影響。

抖腿跺腳的動作雖然不影響鞋帶，但會對人的健康產生影響。當一群人圍坐在桌邊時，總會有人抖腿，甚至讓周圍的東西也跟著一起晃動起來。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。

密蘇里大學的一項研究提出越來越多的證據顯示，人們早就知道，坐著的時間太長會有害健康，比如，短期來講，坐的時間太久會導致體重增加，增加糖尿病風險，時間更短一點則會減少血流，特別是腿部的血流。當人們坐在桌邊工作或在餐廳就餐的時候，胳膊活動可能相對更多一些，但是腿幾乎都不活動。血液循環減少會引起動脈硬化，對于心臟來說這可不是個好消息。

但是總會有些時候你不可能站起來或四處走動，因此密蘇里大學的研究人員設計了一個實驗，觀察人們坐著的時候活動一條腿是否會影響體內的血流。共有11名健康的大學生參與了這項研究，參與者們坐在桌邊三個小時，保持一條腿靜止，腳水平地放在地面，同時每隔五分鐘就抖動另外一條腿，抖一分鐘。

在實驗前、試驗中以及實驗后，參與者腿上的血壓被分別記錄下來。結果顯示，運動中的腿血壓更高，原地不動的腿血壓較低。不過在三小時測試結束后，兩條腿的區別進一步顯現出來，靜止那條腿的主動脈對血壓的變化沒有反應，活動的那條腿對變化更敏感。

研究人員建議，人們坐著時保持雙腳移動，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。