Accelerometrar, kraftsensorer, höghastighetskameror

Transkript

1 TEXT: H-C HOLMBERG Accelerometrar, kraftsensorer, höghastighetskameror och smarta textilier. Den som vill förbättra sin teknik kan numera använda sig av teknologi för att finjustera de allra subtilaste detaljerna. Vi skriver snart 2015 och den digitaliserade idrottaren har redan passerat science fiction-stadiet. 18 IDROTT & KUNSKAP IDROTT & KUNSKAP

2 Fysiologi Syreupptagningsmätare En av de mest kända fysiologiska mätningarna inom uthållighetsidrott är maximal syreupptagning (VO2 max). Traditionellt har utandningsluften samlats i Douglassäckar (se bild) för att sedan analyseras. På slutet av 80-talet utvecklades de första online-systemen som automatiskt beräknar utandningsluftens volym och sammansättning och är de som används i laboratorer idag på grund av dess högre användbarhet. Det finns även portabla system för att mäta syreupptagning i fält. Men det återstår fortfarande en del utvecklingsarbete innan de kommer att användas mer omfattande för forskning på individer med stora ventilationer. Systemen kan även vara känsliga i vissa väderförhållanden vs Hjärtfrekvensmätare Den första trådlösa EKG hjärtfrekvensmätaren introducerades 1977 som ett hjälpmedel åt det finska längdskidlandslaget. Försäljning av personliga hjärtfrekvensmätare startade i början av 80-talet. Idag finns det många olika modeller där flera av dem under senare år kryddats med kompletterande instrument som GPS, barometer etc. Dessa multi-klockor ger möjligheten att kombinera olika mätvariabler. Något som ökat i användning förutom registrering av hjärtats aktivitet under arbete är mätning av olika hjärtvariabler under vila (exempelvis hjärtfrekvensvariabilitet). Laktatmätare Syreupptagningsmätare 1970 vs Utrustning för att mäta laktatkoncentrationen i blod har utvecklats för laboratoriebruk med tillförlitliga, snabbare och mer användarvänliga system. De senaste åren har det även tillkommit ett antal portabla system för analys av blod på en separat laktatremsa. Dessa är mindre, ofta mer praktiska och har ett större användarvärde i fält. Samtidigt innebär de oftast en högre kostnad per prov om man genomför ett stort antal mätningar. En något mindre robust metodik ökar även risken för felmätningar. Kroppssammansättningsmätare (DXA) Flera av våra bästa uthållighets- och kampsportare genomför laboratoriemätningar av sin kroppsammansättning med hjälp av en DXA-scanner. Av intresse för idrottaren är objektiva data på procentandelen fett, visceralt fett och muskelmassa och detta skiljer sig mellan idrotter och även över säsongen. Mätningarna kompletteras med råd från nutritionist/dietist, läkare och resurspersoner inom träning. De är av speciellt värde i samband med tuffare träningsperioder, vistelser på hög höjd och under toppningsperioden fram mot ett mästerskap. Det har hänt mycket på 10 år. Idag kan idrottaren få en mätning av hela kroppen på 5-7 min och en färdig analys inom min. 20 IDROTT & KUNSKAP IDROTT & KUNSKAP

3 Biomekanik Positioneringssystem Ett av de mest intressanta utvecklingsområdena under de senaste åren är olika system för positionering. GNSS, Global Navigation Satellite System, är ett samlingsnamn för de olika globala satellitsystemen. Med en ständig teknikutveckling har instrumenten blivit mer lättillgängliga och idag använder många utomhusidrottare GPS (Global Positioning System) och kan få position (färdväg) och hastighet under sin träningsrunda. De vanliga GPS:erna som används inom idrotten har en precision på 3-15 meter men felmarginalen kan vara upp till 100 meter om man rör sig i områden med sämre satellitmottagning (höga byggnader, skog, berg). Precisionen kan förstärkas med system som använder både de amerikanska (GPS) och ryska satellitsystemen (GLONASS). I forskningsstudier används ofta en extra basstation för att öka precisionen ned till några centimeters noggrannhet. I tillägg har Local Positioning System (LPS) kommit på marknaden där ett objekts (exempelvis en idrottares) position inom ett mindre avgränsat område kan erhållas via ett antal stationära antenner som placeras ut i mätområdet. LPS-systemen kan användas både inom- och utomhus och de bästa systemen kan uppnå en precision på under 1 meter. Videoanalys (2D och/eller 3D) Videokamerorna har förbättrats avseende kvalitet, vikt och pris. I samband med utvecklingen av datorer (processor och minne) har det skett en explosionsartad utveckling av olika mjukvaror för biomekanisk videoanalys. Från att en extern person behövs för att filma en aktivitet har den senare utvecklingen med kroppsburna kameror (exempelvis hjälmkameror som GoPro) möjliggjort att idrottaren kan filma sin egen aktivitet under utförsåkning, surfing, fallskärmshopp etcetera. I Sverige finns ett av de tre världsledande företagen inom biomekanisk 3D rörelseanalys, det innovativa Göteborgs-företaget Qualisys. Med deras utrustning har man inom forskningen förutom laboratoriemätningar kunnat genomföra unika 3D-mätningar utomhus i orientering och filmat både breda och smala skidor (alpint/ski-cross respektive längdskidåkning). Denna typ av mätningar har tidigare inte varit tekniskt möjliga att genomföra på grund av solens infraröda strålning. Företaget är värdsledande inom 3D kombinerad filmning över- och under vatten och det har bland annat använts av svenska, ryska och japanska simlandslagen. Nu sker en utveckling mot mer markörlösa system vilket skulle ge ökade möjligheter att genomföra komplexa analyser i realtid under tävling. Sådana system kan komma att komplettera dagens markörbaserade 3D-system som används i kontrollerade laboratoriemiljöer. Foto: Reimund Trost/Qualisys AB 22 IDROTT & KUNSKAP IDROTT & KUNSKAP

4 Höghastighetskamera Drönare (obemannade luftfartyg) Skycam/Spidercam En annan möjlighet är att använda en Skycam/ Spidercam som är system som möjliggör att förflytta film- och TV-kameror vertikalt och horisontellt över ett begränsat område, exempelvis en fotbolls- eller tennisplan eller annan typ av arena. För att fånga olika skeenden inom idrotten krävs ibland snabbare kameror, så kallade höghastighetskameror. Per definition är detta (med dagens snabba utveckling) kameror som kan ta fler än 200 bilder/ sekunder, men det vanliga för biomekanisk analys inom idrotten är cirka 500 bilder/sekunder. Om man ska analysera interaktionen mellan ett idrottsredskap och en boll, exempelvis när Sportteknolog Mikael Swarén, Nationellt racketen träffar bollen Vintersportcentrum. Foto: Jörgen Nordlund i tennis (bollhastighet >200 km/h) eller för att i golf studera när driverklubbans skaft böjer sig under slaget (>150 km/h) så krävs kameror som kan filma upp till 5000 bilder/ sekunder. Detta kan jämföras med när bilindustrin analyserar hur en bil deformeras vid en krock så används kameror som kan ta upp till bilder/sekunder. Sammantaget så beror valet av kamera (hastighet/upplösning) på användningsområdet. Företaget Qualisys har under flera år utvecklat höghastighetskameror som kan ta upp till bilder/sekunder och dessa används ofta tillsammans med 3D rörelseanalys, vilket ger möjlighet till ytterligare förståelse för idrottaren och tränaren. Drönare har börjat användas inom en del idrotter (exempelvis segling) för analys av taktik. Men drönare används även i olika extremsporter (bergsklättring och extremskidåkning) och olympiska vattenidrotter som rodd och kanot för att genomföra kompletterande teknikanalyser från ett fågelperspektiv. Idag är användningen av drönare en intressant teknik för att filma svårtillgängliga sporter där det är för kostsamt eller svårt att placera ut vanliga kameror. Möjligheten att endast behöva använda en drönare per åkare/grupp istället för kameror utmed en bana har gjort att efterfrågan för teknologin ökar. Vilka idrotter som kan studeras beror på objektets rörelsehastighet samt kamerautrustningen (storlek, vikt) vilket påverkar drönarens storlek och tekniska specifikationer. Företaget Red Bull driver ett spännande utvecklingsprojekt med mål att kunna följa alpina toppåkares linjeval i fartgrenarna samt öka möjligheten till bättre TV- och filmproduktioner. Kraftmätare Traditionellt har krafter i gång, löpning och hopp registrerats med hjälp av kraftplattor ( avancerad våg ) som på senare tid även har använts inom simning för att mäta krafterna på startpallen. Inom andra idrotter har speciella kraftgivare utvecklats som kan placeras på idrottarens redskap. Dessa har blivit mindre, billigare och bättre anpassade till olika användningsområden. Olika kraftsensorer används idag i en längskidåkares stavhandtag, i vevarm, vevlager och pedal för en cyklist, en kanotists/roddares paddelskaft/åra. Kraftsensorer kan även användas för att mäta en simmares dragkraft i en simränna eller under fastspänd simning genom att fästa en lina från simmaren till en kraftmätare och/eller för att registrera tryckfördelningen under foten (exempelvis i racketsporter, friidrott, alpint, skridsko, längdskidåkning etcetera). En ny metodik är ett instrumenterat rullband med ett flertal kraftplattor placerade under bandet som kan registrera kraft i realtid. Med detta band kan exempelvis krafter registreras under löpning och rullskidåkning (inklusive den framåtdrivande kraften). Dessa kraftdata kan sedan användas för att utveckla löpskor och analysera en längdskidåkares kraftkurva under frånskjutet. Något som kan ge värdefull information för teknikutveckling, men kan även ge indikationer för val av skidor och olika vallningsstrategier. Tröghetssensorer Utvecklingen inom elektronik och dataöverföring går fort vilket har lett till noggrannare och mer robusta, snabbare, lättare och billigare mätsensorer. Exempel på tröghetsensorer som används inom idrotten är accelerometrar och gyron (mäter acceleration och vinkelhastighet och från det kan man beräkna hastighet, position och vinkel/orientering). Liten storlek och låg produktionskostnad gör accelerometrar till bra verktyg för rörelseanalys. En IMU (Inertial Measurement Unit) har accelerometer, gyro och oftast även en magnetometer. Rymd-, flyg- och vapenindustrin samt företag inom dataindustrin (smartphone, läsplattor, dataspel) har satsat mycket pengar, drivit på utvecklingen och skapat produkter som kommit forskningen till gagn. För en idrottsforskare finns hela tiden en strävan att kunna arbeta mer flexibelt, med mindre och lättare utrustning som inte stör idrottaren i sin aktivitet och att utrustningen är trådlös (utan en massa sladdar och markörer) och att den även kan användas såväl inom- som utomhus. IMU-teknologin är fortfarande i sin linda men den har en stor utvecklingspotential och kan möjliggöra en billig teknik med god precision som blir tillgänglig för många. 24 IDROTT & KUNSKAP IDROTT & KUNSKAP

5 EMG (Elektromyografi) Med elektromyografi kan muskelaktivitet registreras. Utvecklingen har gått mot lättare och mer portabla system, mindre antal sladdar, trådlös överföring (wireless) och kortare tid mellan mätning och feedback till den aktive (bättre mjukvara). Utveckling av mjukvara har även bidragit till en ökad kvalitét av analysen. Löp- och rullskidband ergometrar Löpbandens popularitet ökade starkt under 60- och 70-talen. Längdskidåkare började testa sig med rullskidåkning på band i början av 90-talet. Inför OS i Vancouver utvecklade Nationellt Vintersportcentrum (NVC) i Östersund en så kallad course simulator där längdskidåkare och skidskyttar kunde åka OS-banorna på hemmaplan. Innovativ metodik möjliggjorde att bandets hastighet kunde anpassas kontinuerligt med lasersensorer som registrerade åkarens position, vilket gav nya dimensioner för träning och testning. Inför VM i Val Di Fiemme tog Johan Olsson ytterligare ett steg med omfattande högintensiv träning på band som i dag är en klassisker. Före OS i Sotji (1500 meter över havet adderades möjligheten för aktiva att med reglering av syrgasinnehållet i inandningsluften (via slang) åka på en simulerad höjd motsvarande tävlingsbanan. Denna möjlighet användes frekvent och framgångarna i Sotji var med andra ord ingen tillfällighet. Inför säsongen 2015 har en separat höghöjdskammare byggts vars luftsammansättning kan ställas in att motsvara en viss simulerad höjd ( meter över havet) och kammaren kan även anpassas till olika temperaturer (-20 till +30 grader). Detta ger aktiva en unik möjlighet till bättre förberedelser inför tävling på hög höjd och i olika temperaturer, enligt NVC:s verksamhetsledare Glenn Björklund. Under den senaste 10-årsperioden har det skett en stark utveckling av olika ergometrar (cykel, rodd, kanot, dubbelstakning) för idrotter som under perioder av året eller under vissa väderförhållanden inte vill/kan träna utomhus i sin riktiga miljö eller vid behov av mer standardiserade förhållanden. Den teknologiska utvecklingen har både förbättrat träningen och testning av elitaktiva. Kläder och accessoarer (glasögon, klockor etcetera) Funktionell design gör kläderna allt mer specialiserade för olika idrotter avseende funktion, passform och temperaturreglering. Ett ökat antal sportkläder anpassas för att man ska kunna fästa på olika typer av teknisk utrustning och inom en 3-5 årsperiod förutspås en ökad integration av teknik in i textilierna med exempelvis inbyggda hjärtfrekvensmätare och hudsensorer. I arbetet med att anpassa idrottskläder, arbetsposition och utrustning i grenar med hög rörelsehastighet (exempelvis alpina skidgrenar och landsvägscykel) används ibland vindtunnel för att mäta aerodynamik. Inom SOK:s utvecklingsarbete har vindtunneltester varit till stor hjälp för att prova olika åkpositioner inom alpin skidåkning samt vid utveckling av en ny dräkt och hjälm för tempocykling. Vindtunnlar finns på de flesta bilfabriker (till exempel Volvo, Saab, Audi) och på en del av våra universitet. Ett annat område under stark utveckling är Wearable things som bland annat innefattar en ökad integrering av teknisk utrustning på olika accessoarer, exempelvis klockor och glasögon, vilket kommer att utgöra ett spännande komplement till appar på smartphone eller läsplatta. Foto: Anna Rex Foto: Ritchie Herbert Digital träningsdagbok Tidigare skrev de flesta aktiva in sin träning i en bok med penna. Idag finns flera olika datorbaserade dagböcker där den aktive kan ladda ner pulsfiler och analysera sin träning utifrån olika intensitetszoner. Tränaren kan också följa träningsrapporteringen online. Då träningsprocessen är avgörande för prestationsutveckling finns ett klart mervärde att följa träningen över tid och jämföra den med progression och resultat. Försök med gemensam dagbok för flera idrotter har inte vara så lätta, på grund av olika terminologi och sätt att redovisa träning. Även om det i vissa fall kan vara intressant att jämföra vissa idrotter är det viktigaste förstås att optimera träningsredovisningen för den specifika idrotten. 26 IDROTT & KUNSKAP IDROTT & KUNSKAP