利用机械测试方法估计冬季鞋具在冰面上的以人类为中心的防滑性能

《Annals of Biomedical Engineering》：Estimating Human-Centered Slip-Resistance of Winter Footwear on Ice Using Mechanical Testing

　　

摘要

研究目的

滑倒事故是导致受伤的主要原因之一，而预防滑倒最有效的方法之一是穿着防滑鞋。为了评估鞋类的防滑性能，进行了两项主要实验：（1）以人为中心的测试；（2）机械测试。以人为中心的防滑测试比机械测试更能准确反映实际行走过程中的动态情况，但成本较高且耗时较长。本研究旨在开发一种预测模型，利用机械测量的防滑指数（称为“最大可实现角度”MAA）来评估鞋类的防滑性能，从而实现更便捷的鞋类评估。

研究方法

研究人员选用了37款冬季鞋样，在湿冰和干冰表面上分别使用以人为中心的MAA测试方法和SATRA STM 603机械防滑测试仪进行了测试。通过嵌套的5折交叉验证方法（每组测试中包含未见过的数据）训练了10个线性及非线性回归模型，以提高模型的泛化能力。模型性能评估指标包括均方根误差（RMSE）、平均绝对误差（MAE）、平均绝对百分比误差（MAPE）、决定系数（R2）以及Bland–Altman分析法。

研究结果

在所有模型中，“Ridge”模型的结果最为稳健且一致：在湿冰表面上，其RMSE为2.73°、MAE为2.27°；在干冰表面上，RMSE为1.58°、MAE为1.33°。虽然结果都在±1°的可接受范围内，但某些情况下仍存在轻微偏差，这表明未来还有改进空间。

研究结论

机械防滑性能指标可以用来合理预测以人为中心的MAA测试结果。尽管预测精度令人满意，但仍需进一步优化，才能完全满足鞋类防滑认证的精度要求。