鞋带的黑科技与大目标

　　对鞋带的研究，可以应用于外科手术的缝合等领域

　　不要小看鞋上那两根看似普通的带子，如果留心的话，你会发现里面隐藏着不少黑科技。而且，类似的研究，往往都有一个大目标，能让人脑洞大开。

　　一项历时两年的研究

　　鞋带总是会在人们意想不到的时候松开。不管怎么精心系住，鞋带都会变松，只有打死结除外，但后者的时间成本又太高。于是大家只能硬着头皮研究最好的系鞋带方式。

　　最新研究为解决这个问题提供了希望，研究人员虽然没能设计出万能绳结，但至少搞明白了为什么鞋带总会松开。

　　花大力气研究鞋带原理的，并非神采飞扬的鞋品设计师，而是颇带书呆子气的理工男。美国加州大学伯克利分校的奥利弗·奥莱利教授是机械工程专业的，他和两名博士生一起进行了鞋带研究。

　　从提出假设到进行测试，他们花了两年时间。在刷了无数的步数，系了无数次鞋带后，研究人员发布报告说，脚踩地面的力量和人的腿部运动叠加在一起，导致了鞋带变松。

　　研究人员称，他们花了无数个周末在走廊上走来走去，盯着鞋带，看着它们松开。为了排除鞋子结构对于鞋带结的影响，他们尝试了多种鞋，包括跑鞋、时装鞋、专业运动鞋和登山靴。

　　研究人员弄清楚了鞋带变松的原因，但理论与实践间还有很大距离，即使在经历了深入的研究后，奥莱利教授的鞋带依旧会经常松开。

　　鞋带黑科技的前景

　　研究鞋带松开的原因并没有让奥莱利教授掌握系紧鞋带的方式，要避免他口中的“每天都有的这种灾难”，目前来看，还是得多穿紧口的乐福鞋或拖鞋。

　　但是，其研究思路的延展结果，很可能是生产出摩擦力更强、不会自己松动的鞋带。

　　这种不容易松开的鞋带，首先需要材质上的更新。传统的鞋带是由皮革、棉花、黄麻或用于制造绳索的其他材料制成的。现代鞋带通常包含各种合成纤维，比由传统纤维制成的鞋带更光滑，因此也更容易松开。这种合成纤维鞋带之所以会采取光滑的外表，是因为那样不易受湿气的腐蚀，也更耐用。它的副作用就是比较容易松开。

　　鞋带的外观设计决定了使用者能不能少弯几次腰去系鞋带，方形横截面的鞋带由于摩擦表面积增加，通常比圆形横截面的鞋带更不易松开，比如水手鞋上通常就配有方形横截面的真皮鞋带。

　　鞋带的结构也会产生相关影响。虽然水手鞋上用的是真皮鞋带，但人们所穿的大部分鞋，配备的都是包芯纺织鞋带。这种鞋带包括内芯和外层编织物两部分，其结构类似于伞绳。为了使鞋带能打出牢固的绳结，外层编织物必须是柔软和可压缩的。

　　除讲究形状和结构外，厂商还可以在鞋带上喷涂一些涂层，进行打蜡或者硅胶处理，以增加摩擦力，并帮助绳结不易松开。在一些专业的足球鞋或篮球鞋上，鞋带都要经过这道工序，以保证球员尽量不在关键时刻脚上“掉链子”。

　　此外，人们还研究出新型的防松散鞋带，如鞋带两端带芯以金属丝衬入，保留打结后容易固定结牢的特点，但中间带芯的地方，全部或部分采用弹性皮筋。新型系结很方便而且不会松脱，中间带芯很柔软并有拉伸弹力，轻松且方便系紧鞋带，可避免鞋带松开后被人或被自己踩到，无摔倒之虞。

　　其实，所有针对鞋带的研究并不局限于鞋上那几十厘米的用途，而是要将这种“黑科技”推到更广阔的空间，比如，有研究者认为，可以将其原理应用于外科手术的缝合等领域。它或许有助于制造更结实的纤维，甚至解开深海光缆为什么会纠缠在一起和断裂的谜团。

　　线为何总会绕住

　　有研究团队在努力弄清鞋带松开的真相，也有团队在研究不该缠在一起的绳子为何会搅成一团。

　　比如，每次坐在车上，从背包里掏出耳机打算插在手机上听音乐的时候，人们都会发现不管事先把耳机线缠得多整齐，它永远都会在包里扭成一团乱麻。

　　物理学家一直试图找出线总会缠绕在一起的真相。美国物理学家多里安·雷默和道格拉斯·史密斯就在这方面下了不少功夫。

　　在实验中，他们把一条又长又软的绳子放入盒子里，然后翻转盒子10秒。随后，雷默又改变绳子的长度、硬度、盒子大小、翻转速度等参数，进行了约3000次重复实验。

　　结果显示，有大约50%的概率绳子会打一个结。而影响这一结果的主要因素之一是绳子的长度与盒子大小的比例。在盒子大小一定的情况下，长度小于50厘米的绳子打结的情况较少，而随着长度增加，打结的几率也增大。然而这也有上限，当绳子的长度达到1.5米时，在超过一半的情况下都不会打结。

　　研究者们在实验中观察到，如果使用较硬的绳子，打结的几率就会减小。也许，这就是苹果公司最近几代笔记本电脑的电源线都选用了较硬材料的原因。这也说明了为什么又细又长的圣诞树彩灯总是一团糟，而又短又粗的接线板电线却总能平平整整。

　　较小的容器也能防止打结。实验发现，较长的绳子在较小的盒子中时，由于绳子有一种展开的趋势，所以它会紧贴盒子内壁，从而在盒子翻转时，绳子末端不会“掉到”绳子中段缠绕起来。盒子翻转速度较高，也可以减小绳子打结的几率。因为离心力的存在，绳子会紧贴盒子内壁，根本没有打结的可能。

　　和研究鞋带的成果并不局限于鞋带本身一样，研究耳机线的成果也可以拓展，比如可以证明叠在一起的细线、毛发之类的东西为何不可避免地自发成结。

　　这一发现甚至有可能是理解DNA双螺旋结构的重要线索。当然，这个大目标是属于科学家的，对于普通人来说，更有指导意义的，是购买一个小尺寸的耳机盒。

　　加入抖腿大军的队伍吧

　　在对鞋带松开的研究中，研究人员花了大量时间坐在桌子旁摇摆双腿，想看看运动对鞋结是否有影响。结果发现没有影响，如果仅仅是跺脚，也对鞋带没有影响。

　　抖腿跺脚的动作虽然不影响鞋带，但会对人的健康产生影响。当一群人围坐在桌边时，总会有人抖腿，甚至让周围的东西也跟着一起晃动起来。这种令人坐立不安的行为虽然会让旁人感觉很烦躁，但研究表明，这样比静静地坐着要好。

　　密苏里大学的一项研究提出越来越多的证据显示，人们早就知道，坐着的时间太长会有害健康，比如，短期来讲，坐的时间太久会导致体重增加，增加糖尿病风险，时间更短一点则会减少血流，特别是腿部的血流。当人们坐在桌边工作或在餐厅就餐的时候，胳膊活动可能相对更多一些，但是腿几乎都不活动。血液循环减少会引起动脉硬化，对于心脏来说这可不是个好消息。

　　但是总会有些时候你不可能站起来或四处走动，因此密苏里大学的研究人员设计了一个实验，观察人们坐着的时候活动一条腿是否会影响体内的血流。共有11名健康的大学生参与了这项研究，参与者们坐在桌边三个小时，保持一条腿静止，脚水平地放在地面，同时每隔五分钟就抖动另外一条腿，抖一分钟。

　　在实验前、试验中以及实验后，参与者腿上的血压被分别记录下来。结果显示，运动中的腿血压更高，原地不动的腿血压较低。不过在三小时测试结束后，两条腿的区别进一步显现出来，静止那条腿的主动脉对血压的变化没有反应，活动的那条腿对变化更敏感。

　　研究人员建议，人们坐着时保持双脚移动，虽然可能会惹恼周围的朋友和同事，但将好处告诉他们后，说不定大家都会加入抖腿大军的队伍。更何况，原地抖腿也会像走路一样燃烧卡路里，对于不少人来说，这具有难以抗拒的吸引力。

　　文/张燕