圖：張明教授介紹3D鞋墊時表示，現時增材製造技術相對成熟，但如何設計好打印參數，是團隊正在研究的問題。

　　一套好的運動裝備，能顯著提升運動員在賽場上的成績。對於田徑、跳高等運動員而言，一雙科學鞋墊既可以保證運動性能，例如更易給到運動員起步的爆發力，又可以保護其腳、膝蓋、髖關節等多個部位。

　　香港理工大學生物醫學工程學系系主任張明教授近日接受《大公報》專訪時透露，團隊一直在研究個性化增材製造（3D打印）矯形鞋墊等多種體育裝備，除了運動員外，他們希望將來服務於普通市民。張明表示，「增材製造技術在鞋墊上的應用起步非常早，基本流程和技術設備都相對成熟。關鍵是在收集到足部數據後，如何利用數學模型設置鞋墊的參數，這是我們一直在研究的，也是生物力學的課題。」\大公報記者　湯嘉平（文）　林少權（圖）

　　製作省時　成本大減

　　現時市面上賣的鞋墊，設計幾乎千篇一律。然而，每個人腳的特徵和形態各有不同，有的扁平足，有的足弓過高，有的足部嚴重外翻……。如果有合適的鞋墊和鞋，便能改善足部本身的問題。隨着社會對穿戴類產品的要求提升，個性化設計成為眾多業界人士研究的方向。

　　「十幾年前的個性化設計鞋墊，是把石膏裹在腳上，然後脫模，再去設計，這樣成本高、耗時長。」張明教授說，這跟殘障人士的個性化假肢的設計原理一樣，當年他們團隊專門負責培養這樣的假肢設計師。「現時香港的假肢設計師，基本都是從我們這裏出去的。」他說。

　　後來，業界把目光轉移到增材製造上，全面革新個性化設計產品的技術。增材製造，俗稱3D打印，是一種使用3D數據創建對象的技術。與傳統製造業相比，增材製造大大地減少了材料浪費、縮短了製造周期，並省去大多數基於技能的手動操作。

　　解決人體姿勢異常問題

　　張明教授現時研究的矯形鞋墊，就是通過增材製造技術製作。「傳統的石膏鑄模技術，開一個模具起碼半個月到一個月；而3D打印只需幾個小時。」張教授團隊成員、資深研究員張博文博士說道。

　　矯形鞋墊的設計是根據足部生物力學特徵設計，根據人體足踝、膝關節、脊柱等部位具體的姿勢特徵、結構特徵及足底壓力特徵，有針對性地在足前掌、足弓和足後跟三個主要部位做出調整，解決人體由於外界因素、下肢生物力學異常及代償等引起的各關節及人體姿勢異常等問題。代償是指人體某些器官因疾病受損後，機體調動未受損部分和有關的器官、組織或細胞來替代或補償其代謝和功能，使體內建立新的平衡的過程。

　　張明教授表示，現時增材製造技術相對成熟，但如何設計好打印參數，是團隊正在研究的問題。「我們通過不同的數學模型，分析用家的足部特徵，從而設置好參數，讓3D打印機打印出來。」

　　首先，用家需赤足站在「足底三維掃描系統」上，讓系統收集足部在靜態下的數據，團隊分析後會設置不同參數。

　　「量身訂造的鞋墊離不開各種參數的收集和調整，例如足弓處應該設計得高或低，腳後跟內外翻的傾斜度如何等。」張明教授說，鞋墊材料的密度亦可調整，而密度的高低會影響鞋墊的軟硬程度。「現在我們有兩種鞋墊，一個足弓處是硬的，另一個是軟的。軟的壓力分布更均勻，舒適性更好，同時它的彈性也很好；但是過軟的話會減少衝擊力，你可能就不能夠走得很快。所以運動員的話，可能就不能做得太軟，因為他動作要快，而硬的就可以保證運動性能。但若是市民一般出行的話，可能前者更適合。」

　　取形是生物力學研究的基礎，在收集完足部靜態情況下的數據後，還需要收集動態足部數據。張明教授說，將來用家需要到「足底壓力分布與步態分析跑台系統」上走路及跑步，讓系統錄得足底壓力的變化數據。

　　對於項目下一步的計劃，張明教授表示，現時設計的3D鞋墊算是基底支撐，對於運動員來說，還需要給它一個表面材料，讓其感到舒服、吸汗，而且還有緩衝能力。目前團隊已購得聚氨酯（PU），張明教授說，接下來將繼續完善鞋墊設計。他透露正在跟香港體育學院等機構溝通，希望3D鞋墊獲得更多應用機會。