Postponing muscular fatigue and preventing injuries of the lower extremity during running are common desires for professional runners. These favorites may significantly be provided via reducing the energy dissipation (ED) at the lower limb soft-tissues (LLST). It is obvious that footwear plays a main role in this matter. Use of a pair of sport shoes made by materials having optimal viscoelastic parameters can certainly help to perform a professional running. Hence, in this paper we intend to find an optimal domain for the viscoelastic parameters of sport shoes, called safe area, at which the ED at the LLST is minimum.

Evaluation of the ED is done based on a mass-spring-damper (MSD) model, which provides a simulated signal of the vibrating movements of the human calf muscle during running. This model is primarily validated through experimental signals recorded from vibrations of the calf muscle of eight professional runners. Frequency characterization and comparison between the simulated and recorded signals asserts the accuracy of the model. Fast Fourier Transform (FFT) as well Continuous Wavelet Transform (CWT) techniques are utilized to this end. The ED estimation is obtained by two different methods; one is statistical definition of the signal average power, the other is calculation of mechanical dissipative work.

Results show that the safe area of shoe-specific parameters obtained based on the ED criterion is a subdomain of the one obtained based on the physiological hypothesis relied on central nervous system (CNS) functionality, namely, constant ground reaction force (GRF) peaks and minimum amplitude of muscle vibrations.

Le fait de retarder la fatigue musculaire et de prévenir les blessures des membres inférieurs pendant la course sont des désirs courants pour les coureurs professionnels. Ces favoris peuvent être fournis de manière significative en réduisant la dissipation d’énergie au niveau des tissus mous des membres inférieurs. Il est évident que les chaussures jouent un rôle essentiel dans cette affaire. L’utilisation d’une paire de chaussures de sport fabriquées avec des matériaux ayant des paramètres viscoélastiques optimaux peut certainement aider à exécuter une course professionnelle. Par conséquent, dans cet article, nous cherchons à trouver un domaine optimal pour les paramètres viscoélastiques des chaussures de sport, appelé zone de sécurité, dans lequel la dissipation d’énergie au niveau des tissus mous des membres inférieurs est minimale.

L’évaluation de la dissipation d’énergie est effectuée sur la base d’un modèle masse-ressort-amortisseur qui fournit un signal simulé des mouvements vibratoires du muscle du mollet humain pendant la course. Ce modèle est principalement validé par des signaux expérimentaux enregistrés à partir des vibrations du muscle du mollet de huit coureurs professionnels. La caractérisation de fréquence et la comparaison entre les signaux simulés et enregistrés assurent la précision du modèle. La transformation rapide de Fourier ainsi que les techniques de transformation continue en ondelettes sont utilisées à cette fin. L’estimation de la dissipation d’énergie est obtenue par deux méthodes différentes : l’une est la définition statistique de la puissance moyenne du signal, l’autre est le calcul du travail mécanique dissipatif.

Les résultats montrent que la zone de sécurité des paramètres spécifiques aux chaussures obtenue sur la base du critère de dissipation d’énergie est un sous-domaine de celui obtenu sur la base de l’hypothèse physiologique reposant sur la fonctionnalité du système nerveux central, à savoir les pics de force de réaction au sol constants et l’amplitude minimale du muscle vibrations.