跑步機在運動員訓練及運科領域有著廣泛的應用，透過跑步機，跑者能在特定的負荷條件下進行訓練，相較一般路面訓練，跑步機更能量化每次的訓練內容。對研究人員而言，透過跑步機，運動科學家能妥善控制實驗環境，且能對受試者以特定的速度、坡度等變因進行實驗設計。此外，許多研究也會透過鑲有測力板的跑步機，搭配動作捕捉系統，對跑者的跑姿或步態進行更詳細的探討。
為確保跑步機的訓練內容與研究結果能應用在實際環境，學者們設計了一系列實驗，欲探究相同條件下（速度、坡度），跑步機與路面跑之間是否存在著力學上的差異。
2018 年發表於 Gait & Posture 期刊中的一篇研究，分別透過鑲有測力板的跑步機與室內跑道，輔以動作捕捉系統，要求跑者在水平、+8° 和 -8° 三種平面，分別以上坡：8、10、13m/s，下坡：10、13、16m/s，水平：10、13、16m/s 各三種速度進行奔跑，觀察跑步機與地面跑力學上的差異。
跑步機於上、下坡跑時，力學指標易被低估
研究結果發現，在水平面狀態下（下圖中間），跑步機與地面跑之力學參數皆無顯著差異，這項結果與過去的研究相符合，代表在任何速度下，使用跑步機訓練之表現結果是可以套用於實際地面的。然而，從下圖右側可看出，於跑步機進行上坡跑時，平均負荷率（Average Loading Rate, ALR）（觸地期力量峰值之斜率）以及總衝量（地面反作用力隨時間之積分，可由紅實線與藍虛線的面積大小做判斷）皆顯著小於平地跑；下圖左側則顯示，於跑步機進行下坡跑時，推進力量峰值（Peak Propulsive Force, PPF）以及總衝量皆顯著低於平地跑。
針對以上結果，學者歸因出兩項可能的原因，一為材質的差異，以該實驗來說 ，跑步機包含了輸送帶以及下方的馬達、支撐架等設備，相比於較紮實的地面，或許會吸收部份的衝擊。此外，過去研究也指出，當跑者於跑步機跑步時，往往會因害怕跌倒而不自覺減少了身體的晃動，這會使質心垂直位移下降，進而減低觸地時的力學參數。這些現象或許在水平面跑差異不大，但從該實驗可發現，一旦改變了坡度，使人體動作模式更加複雜，諸多差異便會顯現出來。
不同坡度下，跑步機與平地跑之垂直地面反作用力，圖中藍虛線與紅實線分別代表跑步機上與平地跑的數值。
了解跑步環境差異，才能審視運動成效
即便跑步機和平地跑存在部分差異，仍不可掩蓋掉跑步機對訓練與研究所帶來的效益與方便性。所以，我們若能更清楚兩者間的差異，便能在訓練或實驗介入前，預先對有差異的參數進行校正，使跑步機上所呈現之表現與實驗結果更貼近地面跑。
舉例來說，1996 年於 Journal of Sports Sciences 期刊已有一篇研究指出，將跑步機增加 1% 的斜率（每向前 100 公尺上升 1 公尺），會有最接近地面的運動負荷（一般以最大攝氧量百分比 VO2% 做衡量）。此外，我們甚至能將此差異轉為訓練上的優勢，舉例來說，已知跑步機在上坡跑時的負荷率與總衝量皆小於平地跑，這對許多傷後訓練的跑者（如疲勞性骨折）而言，與地面跑相比，跑步機既能達到有效的訓練強度，更能降低下肢衝擊時受到的應力，這何嘗不是一個雙贏的局面呢。
參考文獻：
Firminger, C. R., Vernillo, G., Savoldelli, A., Stefanyshyn, D. J., Millet, G. Y., & Edwards, W. B. (2018). Joint kinematics and ground reaction forces in overground versus treadmill graded running. Gait & Posture, 63, 109-113.
Jones, A. M., & Doust, J. H. (1996). A 1% treadmill grade most accurately reflects the energetic cost of outdoor running. Journal of Sports Sciences, 14(4), 321-327.
