使用智能服裝進(jìn)行體育訓(xùn)練的優(yōu)點(diǎn)
多年來，尋找提高體育鍛煉效率的方法一直是運(yùn)動(dòng)員和尋求健康生活方式的人們感興趣的話題。隨著全球科技繁榮及其對(duì)健身行業(yè)的影響，這一問題在今天同樣重要。雖然觸覺反饋訓(xùn)練的好處很多，特別是EMS和TENS，幾十年來一直為人所知，但隨著虛擬現(xiàn)實(shí)和智能服裝的發(fā)展，這種類型的訓(xùn)練再次掀起了波瀾。
EMS用于體育鍛煉的好處
EMS訓(xùn)練和常規(guī)鍛煉有什么區(qū)別？
人們通常對(duì)新技術(shù)持懷疑態(tài)度，但他們尤其警惕復(fù)雜的技術(shù)。在沒有設(shè)備的情況下，搞清楚EMS培訓(xùn)和自愿培訓(xùn)之間的區(qū)別是很容易的。只需要看看我們的神經(jīng)系統(tǒng)。
在自愿訓(xùn)練期間，神經(jīng)系統(tǒng)將電信號(hào)從大腦傳輸?shù)郊∪猓黾蛹∪猱a(chǎn)生的力量。
電刺激（ES）傳輸溫和的電流脈沖來刺激神經(jīng)或神經(jīng)末梢，這些神經(jīng)或神經(jīng)末梢又依次支配皮下肌肉。ES可以應(yīng)用于皮膚表面（經(jīng)皮）。這項(xiàng)技術(shù)被稱為TENS（經(jīng)皮電神經(jīng)刺激）。EMS（肌肉電刺激）是指將電脈沖直接傳遞到一塊肌肉或一組肌肉中，以增強(qiáng)其功能。對(duì)于最終用戶來說，TENS和EMS之間的主要區(qū)別在于，EMS能夠產(chǎn)生更深的影響，而TENS提供更廣泛的感知能力，但比EMS提供的感覺更柔和。
更詳細(xì)地說，當(dāng)使用EMS時(shí)，外周神經(jīng)被刺激，這導(dǎo)致刺激脈沖沿著神經(jīng)傳遞到肌肉中的運(yùn)動(dòng)終板，產(chǎn)生肌肉收縮。
目前，EMS和TENS都用于康復(fù)治療。與此同時(shí)，對(duì)EMS和TENS在體育鍛煉中的有益作用的研究仍在積極進(jìn)行中。科學(xué)家們一直在為這些技術(shù)尋找新的專門應(yīng)用領(lǐng)域。
下文中我們將介紹一些關(guān)于電刺激如何改善體育鍛煉的案例。
增加瘦人體重，增強(qiáng)伸展力量，減少身體脂肪量–全身EMS
在題為“電刺激在改善肌肉張力方面的作用（臨床）”的研究中，M. F. Azman和A. W. Azman 分析了肌肉萎縮患者受益于EMS治療的方式。在研究中，他們發(fā)現(xiàn)EMS“可以在持續(xù)治療的同時(shí)促進(jìn)和發(fā)展肌肉。”影響肌肉發(fā)育速度的因素有皮下脂肪組織的水平、電極尺寸、治療持續(xù)時(shí)間和肌肉狀況。
Kemmler等人在他們的“全身肌電刺激與高強(qiáng)度抗阻運(yùn)動(dòng)對(duì)身體和力量的影響：一項(xiàng)隨機(jī)對(duì)照研究”研究中將EMS培訓(xùn)與高強(qiáng)度運(yùn)動(dòng)進(jìn)行了對(duì)比。在為期16周的體育訓(xùn)練研究開始時(shí)，研究人員將測試對(duì)象分為兩組：一組使用EMS進(jìn)行訓(xùn)練，另一組進(jìn)行所謂的“黃金標(biāo)準(zhǔn)”高強(qiáng)度訓(xùn)練。評(píng)估中使用的主要參數(shù)是體重的變化，腿伸肌的力量和全身脂肪量。
這個(gè)實(shí)驗(yàn)的結(jié)果有點(diǎn)出乎意料。全身EMS幾乎等于所有比較指標(biāo)中高強(qiáng)度抗阻運(yùn)動(dòng)。就結(jié)果而言，沒有顯著的組間差異。
因此，可以得出結(jié)論,“全身EMS對(duì)于旨在改善一般力量和身體成分的人來說，可以被認(rèn)為是一種省時(shí)但成本較高的高強(qiáng)度抗阻鍛煉選擇。”
在另一篇名為，“全身肌電刺激和蛋白質(zhì)補(bǔ)充對(duì)社區(qū)老年男性的肌肉減少性肥胖有良好影響:隨機(jī)對(duì)照研究”調(diào)查的參與者是70歲以上的肌肉減少性肥胖老年男性。這種身體狀況的特征是高脂肪量和低肌肉質(zhì)量，這主要表現(xiàn)在肌肉力量低或體能低。肌肉減少性肥胖是不能劇烈運(yùn)動(dòng)的老年人的典型癥狀。
測試對(duì)象被分成3組。第一組采用全身肌電刺激并補(bǔ)充蛋白質(zhì)；第二組僅給予蛋白質(zhì)補(bǔ)充；第三組作為對(duì)照組。研究結(jié)果表明，WB-EMS對(duì)蛋白質(zhì)有明顯的促進(jìn)作用。對(duì)付肌肉減少性肥胖最有效的方法是全身EMS加蛋白質(zhì)。該組在各方面都顯示出積極的結(jié)果：身體脂肪減少，骨骼肌質(zhì)量指數(shù)增加，握力增強(qiáng)。除此之外，沒有記錄到全身EMS或蛋白質(zhì)補(bǔ)充的副作用。
肌肉電刺激完善運(yùn)動(dòng)學(xué)習(xí)過程
關(guān)于EMS運(yùn)動(dòng)學(xué)習(xí)的科學(xué)研究之一是德國人工智能研究中心進(jìn)行的“使用EMS在體育運(yùn)動(dòng)中強(qiáng)化運(yùn)動(dòng)學(xué)習(xí)”研究。這項(xiàng)研究比較了兩種訓(xùn)練跑步的方法。
訓(xùn)練跑者的目的是幫助他們進(jìn)行有效和安全的跑步練習(xí)，以提高他們的成績。當(dāng)跑者使用錯(cuò)誤的跑步技術(shù)時(shí)，例如先用腳后跟著地，他們可能會(huì)受傷。因此中、前掌跑法對(duì)于減少?zèng)_擊負(fù)荷是很重要的。大多數(shù)人，無論是業(yè)余愛好者還是專業(yè)人士，都習(xí)慣了以自己的方式跑步，重新訓(xùn)練總是比學(xué)習(xí)新東西更難。
在他們的研究中使用的其中一種訓(xùn)練方法是給跑步者播放慢動(dòng)作視頻，并伴隨著口頭指令。另一個(gè)包括穿戴肌肉電刺激設(shè)備和帶有力感電阻的鞋墊。該設(shè)備分析了用戶的跑步步幅模式，并在腳落地前出現(xiàn)錯(cuò)誤角度時(shí)，通過EMS提供實(shí)時(shí)反饋。
經(jīng)過分析對(duì)比使用肌肉電刺激的輔導(dǎo)方式比傳統(tǒng)方法更有效。EMS直觀地幫助了跑步者。這些結(jié)果具有更長的影響，因?yàn)榧词乖谕Ｓ肊MS后，跑步者的腳跟撞擊率也較低。
因此，這項(xiàng)研究表明，對(duì)于復(fù)雜的，重復(fù)性運(yùn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)學(xué)習(xí)EMS是一種有效的工具。此外，研究人員提到，類似的訓(xùn)練可以應(yīng)用于其他運(yùn)動(dòng)，如自行車，劃船和爬山等。
用于恢復(fù)的EMS
作為恢復(fù)工具，EMS擁有四項(xiàng)關(guān)鍵功能：
增強(qiáng)血液循環(huán)，將氧氣和營養(yǎng)輸送到肌肉和其他軟組織；
肌肉激活有助于訓(xùn)練和比賽的準(zhǔn)備；
改善肌肉彈性；
控制訓(xùn)練后的肌肉酸痛和疼痛緩解。
Derek M. Hansen的“肌肉電刺激作為一種有效的恢復(fù)方式”是證實(shí)上述所有情況的研究之一，在由國際田徑聯(lián)合會(huì)主辦的“田徑運(yùn)動(dòng)的新研究”中該研究也包含在報(bào)告中。EMS被認(rèn)為是一種有效的恢復(fù)方法，是訓(xùn)練后綜合恢復(fù)和再生療法的一部分。特別是，當(dāng)與按摩、對(duì)比浴、拉伸和其他恢復(fù)活動(dòng)相結(jié)合時(shí)，肌肉電刺激可以加速恢復(fù)，并為運(yùn)動(dòng)員的下一次鍛煉做好準(zhǔn)備。此外，當(dāng)運(yùn)動(dòng)員沒有足夠的時(shí)間恢復(fù)時(shí)，EMS可以作為傳統(tǒng)恢復(fù)過程的替代方案。
TENS：康復(fù)和止痛訓(xùn)練
美國心臟協(xié)會(huì)在他們的研究中表明，經(jīng)皮神經(jīng)電刺激（TENS）與面向任務(wù)的訓(xùn)練一起使用可以增強(qiáng)中風(fēng)患者的運(yùn)動(dòng)功能。
此外，本研究還探討了TENS的修復(fù)特性。“任務(wù)相關(guān)訓(xùn)練結(jié)合TENS對(duì)慢性中風(fēng)患者偏癱上肢肌肉活動(dòng)的影響”研究表明，在經(jīng)皮神經(jīng)電刺激的任務(wù)相關(guān)訓(xùn)練后，肌肉活動(dòng)有更大的改善。
另一項(xiàng)科學(xué)研究“經(jīng)皮神經(jīng)電刺激對(duì)伴有神經(jīng)病理性疼痛的膝骨關(guān)節(jié)炎的療效：一項(xiàng)隨機(jī)對(duì)照研究”揭示了TENS療法可以顯著緩解疼痛，減少藥物劑量，并改善患者身體功能。
讓我們總結(jié)一下ES在體育訓(xùn)練中應(yīng)用的可能結(jié)果：
優(yōu)化復(fù)雜動(dòng)作的運(yùn)動(dòng)學(xué)習(xí)；
作為聯(lián)合療法的一部分，加速康復(fù)；
肌肉激活；
疼痛緩解；
幫助瘦弱體型的人增加體重；
身體脂肪量減少；
在康復(fù)過程中減少藥物用量。
體育訓(xùn)練中的動(dòng)作捕捉
動(dòng)作捕捉是數(shù)字化記錄人類動(dòng)作的必要過程。大量研究表明，運(yùn)動(dòng)捕捉不僅有助于傳統(tǒng)的教學(xué)和訓(xùn)練方法，而且有助于提高受訓(xùn)者的認(rèn)知能力和評(píng)估自身表現(xiàn)的能力，以及實(shí)施有效教學(xué)管理和組織技能。所以在訓(xùn)練中加入動(dòng)作捕捉技術(shù)，可以為訓(xùn)練提供更好的環(huán)境。
特別是在科學(xué)工作中在山東師范大學(xué)的研究“一種基于動(dòng)作捕捉技術(shù)的籃球教學(xué)訓(xùn)練系統(tǒng)設(shè)計(jì)優(yōu)化方法”中，三維仿真技術(shù)可以幫助籃球運(yùn)動(dòng)員更快地學(xué)習(xí)動(dòng)作的技術(shù)基礎(chǔ)，減少重復(fù)盲目性，顯著提高訓(xùn)練效率。此外，科學(xué)家聲稱，動(dòng)作捕捉可以幫助減少運(yùn)動(dòng)員受傷的可能性。
當(dāng)用戶沒有正確地進(jìn)行鍛煉時(shí)，在屏幕的角落會(huì)播放視頻演示。
這個(gè)訓(xùn)練過程是基于游戲化概念設(shè)計(jì)的，以幫助用戶保持動(dòng)力，這在家里訓(xùn)練時(shí)是非常重要的。當(dāng)然，該平臺(tái)會(huì)記錄訓(xùn)練過程，并允許用戶比較成績數(shù)據(jù)，如時(shí)間、點(diǎn)數(shù)、長度等。
同樣，動(dòng)作捕捉也是體育訓(xùn)練中風(fēng)險(xiǎn)管理的一種有效方法，美國全國體育教練協(xié)會(huì)發(fā)現(xiàn)的證據(jù)表明，自動(dòng)無標(biāo)記運(yùn)動(dòng)捕捉系統(tǒng)在評(píng)估下肢運(yùn)動(dòng)方面是很可靠的，并有助于識(shí)別非接觸式下肢損傷的風(fēng)險(xiǎn)。通過使用動(dòng)作捕捉系統(tǒng)提供的數(shù)據(jù)，可以以最小化受傷風(fēng)險(xiǎn)的方式制定個(gè)人康復(fù)計(jì)劃。因此，從長遠(yuǎn)來看，這種訓(xùn)練和康復(fù)方法可以改善使用者的整體身體健康。
讓我們總結(jié)一下運(yùn)動(dòng)捕捉系統(tǒng)在體能訓(xùn)練中能帶來哪些好處：
教授各種練習(xí)的基本技巧；
利用視覺反饋和與標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行比較來提高培訓(xùn)效率；
體育訓(xùn)練中的風(fēng)險(xiǎn)管理（減少受傷的可能性）；
通過游戲化和反饋提供動(dòng)力。
體育鍛煉期間小氣候?qū)θ梭w健康的影響
小氣候會(huì)對(duì)人體產(chǎn)生重大影響。體內(nèi)所有的生命過程都為運(yùn)動(dòng)活動(dòng)提供能量。一小部分能量用于做有用功，但大部分都轉(zhuǎn)化為熱能。這種持續(xù)釋放到環(huán)境中的熱量保證了生理過程的正常進(jìn)行。
為了使生命過程在體內(nèi)發(fā)生，必須將身體散發(fā)的熱量分配到環(huán)境中，或者保護(hù)身體避免過多的熱量釋放到外部環(huán)境中。偏離小氣候參數(shù)會(huì)導(dǎo)致熱量不平衡。
低溫對(duì)身體的影響
快速降溫會(huì)導(dǎo)致寒冷過度。當(dāng)身體過度冷卻時(shí)，人體器官的功能和生物化學(xué)過程的速率會(huì)降低。即使寒冷對(duì)身體有短期影響，調(diào)節(jié)和體內(nèi)平衡系統(tǒng)也會(huì)被重組，身體的免疫狀態(tài)也會(huì)改變。
全身和局部（尤其是手部）的冷卻會(huì)導(dǎo)致這種運(yùn)動(dòng)反應(yīng)的改變，破壞協(xié)調(diào)性，阻礙個(gè)人進(jìn)行精確操作的能力，并導(dǎo)致大腦皮層的抑制過程。后者可能是受傷的原因。
當(dāng)身體處于這種壓力下時(shí)，個(gè)體的注意力減弱，精神活動(dòng)受到抑制，活動(dòng)和效率下降。
高溫對(duì)身體的影響
高溫對(duì)人類健康也有負(fù)面影響。高溫條件下的訓(xùn)練伴隨著劇烈的出汗，導(dǎo)致身體脫水，礦物鹽和水溶性維生素流失，引起心血管系統(tǒng)活動(dòng)的嚴(yán)重和持續(xù)變化，呼吸頻率增加，還會(huì)影響其他器官和系統(tǒng)的功能——注意力減弱，協(xié)調(diào)性惡化，反應(yīng)變得更慢等。
當(dāng)然，在溫暖或炎熱的條件下強(qiáng)迫訓(xùn)練可能會(huì)特別不愉快。這一點(diǎn)尤其正確，因?yàn)樗婕暗綉敉庥?xùn)練，在炎熱的夏季或在炎熱氣候地區(qū)的訓(xùn)練。
高溫下的干燥會(huì)導(dǎo)致身體過早衰竭，甚至引發(fā)與高溫相關(guān)的疾病。而體溫調(diào)節(jié)功能取決于個(gè)體的體型、健康水平和生理狀態(tài)。
因此，不舒服的培訓(xùn)環(huán)境會(huì)降低受訓(xùn)者的效率和動(dòng)力。也就是說，熱舒適度越低，參與者感覺越疲憊。研究還發(fā)現(xiàn)，參與者的身體狀況越好，受溫度的影響就越小。
在“關(guān)于高溫下訓(xùn)練和比賽的一致建議”這項(xiàng)研究中結(jié)果顯示，降溫可能有助于從熱應(yīng)力下的劇烈運(yùn)動(dòng)中恢復(fù)。此外，在某些情況下，降溫可能會(huì)提高后續(xù)高強(qiáng)度訓(xùn)練的成績。此外，該研究稱，在職業(yè)體育運(yùn)動(dòng)中，運(yùn)動(dòng)員理想情況下需要14天來適應(yīng)當(dāng)?shù)販囟取?/p>
帶溫度控制的智能服裝
具有溫度控制能力的智能服裝允許用戶根據(jù)訓(xùn)練的情況和需要，從低溫到高溫控制和監(jiān)測服裝的內(nèi)部溫度。為用戶的智能服裝提供最舒適的條件也能帶來增加機(jī)動(dòng)性等好處。
市場上有既能降溫又能取暖的智能服裝。它們基于熱電效應(yīng)嵌入式珀耳帖元件。這是一種智能熱交換技術(shù)，可以在需要時(shí)創(chuàng)造即時(shí)的涼爽或溫暖，同時(shí)保證持久的舒適。智能技術(shù)功能改善并加速身體和紡織品之間的熱能交換，允許多余的熱量根據(jù)穿著者的溫度立即消散或儲(chǔ)存。
在體育訓(xùn)練中，這些智能服可以用來監(jiān)測訓(xùn)練期間運(yùn)動(dòng)員穿著服裝的內(nèi)部溫度、濕度。套裝也可用于易受氣溫變化影響的老年人。同樣，面臨極端溫度條件的士兵（無論冷熱）都可以從這些多功能服裝中受益。
運(yùn)動(dòng)前和運(yùn)動(dòng)中冷卻的優(yōu)點(diǎn)
與冷水浸泡等其他冷卻方法相比，冰冷夾克等冷卻服裝具有優(yōu)勢。 降溫服裝在不降低肌肉溫度的情況下降低皮膚溫度，因此運(yùn)動(dòng)員可以在熱身或恢復(fù)休息時(shí)穿著。這可以幫助他們?cè)谟?xùn)練期間降低體溫和心血管壓力。
體育訓(xùn)練中的生物識(shí)別技術(shù)
生物特征數(shù)據(jù)可以分為兩種主要類型：生理數(shù)據(jù)和行為數(shù)據(jù)。前者與身體有關(guān)，后者與行為模式有關(guān)。
在目前的技術(shù)發(fā)展階段，體育訓(xùn)練與生理特征的聯(lián)系更加緊密。智能服裝特別適合追蹤個(gè)人的身體狀態(tài)。帶有隱形傳感器的貼身智能服裝可以舒適地提升運(yùn)動(dòng)員的表現(xiàn)和健康水平。此外，來自數(shù)據(jù)分析的反饋為用戶提供了健康預(yù)測，并幫助他們避免受傷。
以下是智能服裝可以為穿著者帶來的優(yōu)勢：
靈活性；
無線連接；
用于讀出數(shù)據(jù)的主體;
行動(dòng)自由；
隱形傳感器（可能甚至沒有人會(huì)意識(shí)到你穿的是智能套裝）；
一體化解決方案（有機(jī)會(huì)為不同類型的數(shù)據(jù)實(shí)施多種傳感器）；
分析各種運(yùn)動(dòng)和練習(xí)的表現(xiàn)；
提供最佳的身體活動(dòng)；
預(yù)測可能的過載或傷害；
相對(duì)/潛在的低成本制造。
心電圖
心電圖是通過放置在皮膚上的電極記錄心臟在一定時(shí)間內(nèi)的電活動(dòng)的過程。
帶電極的TESLASUIT可跟蹤用戶的心率，并以極高的精度查看實(shí)時(shí)心電圖。這樣，可以過濾掉大多數(shù)正常的心電圖，并且可以在云端分析心電圖異常。
這套服裝的特點(diǎn)有幾個(gè)實(shí)際應(yīng)用。首先，這項(xiàng)功能與心臟病患者和老年人相關(guān)。其次，該功能適合專業(yè)運(yùn)動(dòng)員進(jìn)行負(fù)荷控制。最后，此功能對(duì)于希望擁有健康生活方式并監(jiān)控心臟健康的人非常適用。
皮膚電反應(yīng)
皮膚電反應(yīng)是情緒喚起最具代表性的特征之一。它與皮膚電活動(dòng)（EDA）或皮膚電導(dǎo)（SC）有關(guān)。但是GSR實(shí)際上是皮膚電特性的潛在原因。
EDA控制汗腺分泌的汗液量。皮膚電導(dǎo)也與情緒喚起有關(guān)。喚醒程度越高，皮膚電導(dǎo)就越高。
皮膚電活動(dòng)和皮膚電導(dǎo)都不受我們的控制。因此，GSR提供了一種情緒狀態(tài)的指示，這種指示具有視覺表達(dá)，并且可以量化。因此，GSR是一個(gè)指數(shù)，它不僅給出了人的生理過程的強(qiáng)烈信號(hào)，也給出了人的心理過程的強(qiáng)烈信號(hào)。
在這里，GSR結(jié)合其他類型的生物特征數(shù)據(jù)（心電圖、腦電圖、肌電圖、腦電圖、眼球追蹤、面部表情分析等）給出了令人印象深刻的結(jié)果。通過采用綜合方法，可以跟蹤由情緒驅(qū)動(dòng)的行為。
因此，跟蹤GSR允許用戶選擇適當(dāng)?shù)呢?fù)荷，有助于他們?cè)隗w育鍛煉期間的心理舒適。
肌電圖學(xué)
肌電圖是一種評(píng)估和記錄骨骼肌電活動(dòng)的方法。所測量的EMG信號(hào)覆蓋了關(guān)于神經(jīng)系統(tǒng)的各種類型的數(shù)據(jù)，例如肌肉運(yùn)動(dòng)和肌肉疲勞。這就是為什么它需要根據(jù)目的進(jìn)行預(yù)處理。
舉個(gè)例子，“基于肌電的生物識(shí)別研究”表明，EMG數(shù)據(jù)顯示了95%的運(yùn)動(dòng)識(shí)別表現(xiàn)。
此外，在運(yùn)動(dòng)中應(yīng)用EMG可以改善訓(xùn)練，尤其是幫助用戶檢測由于潛在肌肉緊張而導(dǎo)致的錯(cuò)誤。在IFAC（國際自動(dòng)控制聯(lián)合會(huì)）進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)中，EMG被成功地用于提高用戶的射擊技能。
此外，肌電訓(xùn)練是中風(fēng)患者康復(fù)的有效方法。肌電生物反饋訓(xùn)練對(duì)中風(fēng)患者的上肢功能有有益的影響。
SpO2
SpO2，外周氧飽和度是氧飽和度水平的關(guān)鍵指標(biāo)。
由于肺向全身輸送氧氣的能力增強(qiáng)，影響肌肉功能、血壓和新陳代謝，因此將SpO2的水平保持在正常范圍內(nèi)有助于更有效的訓(xùn)練。
皮膚溫度
皮膚溫度的升高和肌肉活動(dòng)之間存在相關(guān)性。參與運(yùn)動(dòng)活動(dòng)的肌肉附近區(qū)域的溫度升高。這是鍛煉肌肉后新陳代謝加快的結(jié)果。
通過生物識(shí)別數(shù)據(jù)，我們可以更全面地了解您的整體健康狀況，優(yōu)化負(fù)荷，讓您在運(yùn)動(dòng)表現(xiàn)和健康之間保持平衡。
總之，智能服裝技術(shù)為不同級(jí)別的體育訓(xùn)練提供了一個(gè)重要的機(jī)會(huì)，無論是專業(yè)運(yùn)動(dòng)還是康復(fù)訓(xùn)練。動(dòng)作捕捉可以對(duì)表演技巧進(jìn)行更深入的分析。電刺激支持增加負(fù)荷。最后，氣候控制和生物特征跟蹤允許用戶控制訓(xùn)練過程，使其訓(xùn)練即舒適又有效。
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