Зубные капы с датчиками и скользиметр. Как спортивные инженеры тестируют белорусских олимпийцев (видео)

8 февраля 2018, 09:01

— Неискушённому зрителю кажется, что всё просто: подошёл, рванул от пола штангу — и ты призёр Олимпиады, — рассказывают на кафедре спортивной инженерии БНТУ. На самом деле за этим стоят годы подготовки и месяцы тренировок, в том числе под контролем современной техники. Накануне Олимпиады в Пчёнчхане dev.by удалось пообщаться со спортивными инженерами, которые работают с элитой белорусского спорта. Некоторые их подопечные сейчас готовятся к завтрашнему открытию игр.

Читать далее...

Зелёный, жёлтый, красный. Тестирование на ледовой трассе

Обвешанный датчиками конькобежец идёт уже на третий круг — и всё это время аспирант кафедры спортивной инженерии БНТУ Дмитрий Лукашевич не может оторваться от монитора. Он следит за тем, как на разных участках дистанции включаются в работу различные группы мышц спортсмена.

— Это показатели его электромиографии, — молодой человек кивает в сторону удаляющегося конькобежца. — Видите: это шкала времени, а это амплитуда, с которой работает его четырёхглавая мышца бедра.

Для наглядности Дмитрий разворачивает другой график — он сохранён в записи. Чем выше пики, тем активнее работают мышцы спортсмена. Можно выделить определённый отрезок, увеличить его — и детально изучить эту работу: вот фаза активного движения, а вот — расслабления.

Самому спортсмену и его тренеру график мало о чём говорит. Для них все данные экспортируются в Excel и проходят шаблоны обработки. Лукашевич открывает новую картинку: на экране — несколько мышечных каркасов, и на каждом цветом выделены определённые мышцы. Всё предельно просто и понятно даже непрофессионалу.

— Зелёным цветом отмечены те мышцы, что работали наиболее активно, красным — наименее. Жёлтый цвет характеризует среднюю активность мышцы, — поясняет Дмитрий.

Старые проверенные методы: с транспортиром и линейкой на стоп-кадре

О разработках спортивных инженеров и истории их сотрудничества с элитой белорусского спорта  рассказывает заведующий кафедрой спортивной инженерии БНТУ Валерий Васюк. Его команда работает только с самыми перспективными спортсменами, членами национальных сборных. Всё начиналось 8 лет назад, когда в составе БНТУ образовался первый на постсоветском пространстве факультет для подготовки спортивных инженеров. 

Васюк уверен: сегодня спорт находится на грани человеческих возможностей. И прогресс всё больше и больше зависит от высокотехнологичных средств подготовки и диагностики спортсменов.

— Команде, что готовит чемпиона, важно чётко понимать, как работает его нервно-мышечный аппарат, как распределяется межмышечная координация. Это знание помогает тренеру разработать программу тренировок.

Конечно, у профессионалов от спорта есть и другие проверенные десятилетиями методы работы: некоторые используются и поныне. Валерий Евстафьевич вспоминает, как когда-то тренеры рассчитывали каждое движение спортсмена «буквально с линейкой».

— В 80-х я работал с национальной командой Советского Союза по конному спорту — рассказывает Васюк. — Мы как раз готовились к олимпийским играм 1988 года в Сеуле. Но, поскольку тогда у нас не было сегодняшней техники, мы использовали системы видео-регистрации — видеокамеры. Включали запись, нажимали стоп-кадр, выводили с помощью видеопроектора картинку на экран — и рассчитывали угловые характеристики движения биозвеньев спортсмена при его перемещении. С транспортиром и линейкой.

«Наше ноу-хау»: как устройства для медицины адаптировали для спорта

Заведующий кафедрой спортивной инженерии БНТУ рад тому, что развитие технологий не стоит на месте. Сегодня к услугам его аспирантов — современные системы видеозахвата, которые позволяют получать проекцию движений олимпийцев в 3D-формате и отслеживать изменение техники в режиме онлайн. Приборы уникальные, штучные — в стране таких больше нет.

Валерий Евстафьевич не скрывает: устройства разрабатывались для медицины — преподаватели и аспиранты адаптировали, доработали гаджеты «для спорта». А также придумали методики и механизмы их применения для оценки различных параметров. В этом и заключается наше ноу-хау.

— В данный момент мы можем оценить с помощью имеющихся технических средств не только специальную физическую подготовку спортсмена, но и техническую, тактическую, даже морально-волевую, — отмечает Васюк. — И всё можно измерить в цифрах.

Он с удовольствием отмечает, что с помощью АПК, имеющегося в арсенале кафедры, «можно осуществлять беспроводную регистрацию и анализ опорных взаимодействий разных участков тела спортсмена с предметами внешней среды». Валерий Евстафьевич напоминает, что ещё несколько лет назад у исследователей во всём мире были «связаны руки». Проводная техника ограничивала движения спортсменов и не позволяла разворачивать исследования в пространстве. Толкатель ядра, опутанный проводами,  не мог выполнять повороты, метатель копья — разогнаться как следует, а прыгун в высоту — взять планку.

Как учесть конкретные задачи и определённые движения атлета

Объясняя подробно, как на кафедре дорабатывали медицинское оборудование «с учётом конкретных задач и даже определённых движений спортсменов», Валерий Евстафьевич раз за разом повторяет, что многие вещи пришлось придумывать. 

— В медицине почти нет динамических движений — таких скоростей, мощи и экспрессии. Пройдёт больной 5-10 шагов и хватит. А у нас гребец развивает немыслимую скорость, небывалую мощь движений, при этом пытается удерживать равновесие и двигаться синхронно с экипажем — вот сколько задач сразу. И у нас самих в этот момент задач не меньше. Для начала надо определить, как спортсмен взаимодействует с опорой (и найти лучшую точку для взаимодействия). А ещё получить информацию, какое взаимодействие фиксировалось на каждом участке пути. Значит, нужно синхронизировать работу датчиков с видеоскоростной съёмкой. А если при этом необходимо отметить, как работает нервно-мышечный аппарат — надо подключить также систему электромиографии и снятия биопотенциалов мышц.

Для каждого вида спорта у сотрудников кафедры своя методика. Например, для работы с конькобежцами  спортивные инженеры из БНТУ применяют электронную динамометрию — это позволяет измерить силовой потенциал мышц спортсмена.

 

Это разработка профессора Болеслава Рыбалко, тренера знаменитого борца, трёхкратного олимпийского чемпиона Александра Медведя. Он умел найти и выделить такие положения тела, при которых участвуют только определённые группы мышц. Так можно оценить, например, силу бицепса, трицепса, бедра, мышц спины или голеностопа, грудных, икроножных или дельтовидных мышц. 

Специалисты кафедры также нашли способ оценивать симметричность работы мышц: в какую сторону у атлета «перекос».

— Все люди ассиметричны в движениях, но спортсменам надо стремиться к симметрии. «Просчитав» движения атлетов, мы поняли, какие механизмы позволят им уменьшить двигательную асимметрию.

Валерий Евстафьевич рассказывает, что разработки сотрудников кафедры позволяют не только диагностировать возможности спортсмена, но и корректировать его технику.

— Мы используем метод «биологической обратной связи». Суть методики в том, что спортсмен видит, что он делает. Считываясь датчиками, информация сразу выводится на экран. И тренер, и его подопечный могут наблюдать, как во время упражнения включаются в работу мышцы, и что-то менять.

Как распределяется усилие спортсмена в подводной части гребка

В конце прошлого года на кафедре начались испытания ещё одной разработки — интеллектуальных датчиков, регистрирующих взаимодействие атлета со спортивным снарядом.

— Всю микроэлектромеханику делают аспиранты кафедры, — рассказывает Валерий Евстафьевич. — Софт под неё пишут программисты «Сенсотроники». На выходе получается сенсор с микропроцессором, который учёные монтируют в снаряд или поверх него. Датчик фиксирует заданные показатели, обрабатывает их и выводит данные на экран.

С таким заданием на кафедру обратились гребцы на байдарках и каноэ — им было важно знать, как распределяется усилие спортсмена в подводной части гребка. Зарегистрировать эту мощность в динамике гребков пока никто в мире не смог. Сегодня датчики ещё монтируются на весло, но в перспективе — они будут встраиваться в его рукоятку. Опытные макеты уже готовы.

Много времени заняло создание программы по обработке информации и выводу её на экран.  Пока данные выводят через Bluetooth на экран ноутбука, который вместе с тренером едет на катере.

Поймать резонанс штанги с подсказки Андрея Арямнова

Эта последняя разработка интересна и тяжелоатлетам. Выпускник спортивно-технического факультета БНТУ, олимпийский чемпион Андрей Арямнов два года назад подсказал коллегам, что тяжелоатлетам нужен инструмент для оценки резонанса, в который входит нагруженная весом гибкая штанга, оказываясь на уровне плеч спортсмена.

— У атлета должно быть развито тонкое мышечное чувство — в какой момент толкнуть штангу вверх. Если спортсмен поймает нужный момент среди колебательных движений штанги, он сможет поднять её с наименьшим усилием. Андрей Арямнов одарён таким чутьём от природы — он всегда попадал в резонанс штанги.

По словам Валерия Евстафьевича, опытный образец, собранный для белорусской сборной по тяжёлой атлетике, уже начинали тестировать.

— В момент, когда спортсмен готовится поднять штангу, мы выводим на экран изображение. Это две кривые: красная демонстрирует, к чему следует стремиться, синяя даёт понять, что сейчас делает атлет. Если в какой-то момент кривые сходятся — значит, он попал в резонанс. После этого спортсмену остаётся запомнить, что он чувствовал в этот момент и многократно повторить, чтобы создать стереотип движения.

Аспирант кафедры Дмитрий Лукашевич включает видео: на одном экране появляется спортсмен со штангой, на другом — его 3D-аватар.

— По оба конца грифа штанги мы прикрепили сферические маркеры, — поясняет молодой человек. — Траектория движения штанги должна стремится к прямолинейной. Если появляются зигзагообразные формы, значит, идёт потеря скорости — и спортсмену приходится прилагать больше усилий, чтобы поднять штангу.

Поскольку маркер крепится с обеих сторон штанги, можно в том числе оценить её перекос в левую или правую сторону. А ещё рассчитать по ключевым фазам параметры скорости и оценить коэффициент стабильности работы атлета от попытки к попытке.

Зубные капы с датчиками

Аспиранты и преподаватели кафедры также наладили сотрудничество с коллегами с кафедры эстетической стоматологии БелМАПО.

— Вместе мы разрабатываем специальные капы. По аналогии с теми, что используют хоккеисты или борцы, чтобы предохранить свои зубы и челюсти от повреждения. Однако наши капы позволяют разгрузить и расслабить мышцы шеи и верхнего плечевого пояса.

Васюк поясняет, что закрепощение мышц, их чрезмерное напряжение не даёт спортсмену реализовать весь свой потенциал. Когда капы с датчиками поставили тяжелоатлетам, результат удивил всю исследовательскую группу: на отдельных попытках капы улучшали показатели движения на 6-8%.

Валерий Евстафьевич отмечает: пока его команда работает с опытными образцами — и сам метод, и средства нуждаются в доработке. Ещё предстоит придумать систему крепления датчиков, которая не мешала бы спортсмену выполнять движения.

Электронный дневник спортсмена

Говоря о планах, Васюк рассказывает ещё об одной разработке кафедры — электронном дневнике спортсмена. Дело в том, что до сих пор все записи по результатам тренировок спортсмены делают от руки, а тренеры затем обрабатывают их пухлые тетради.

— Мы проанализировали дневниковые записи ведущих белорусских тяжелоатлетов за последние за 4 года. Свели всё в системы таблиц, выявили закономерности — и выстроили конфигурацию дневника. Теперь спортсмену остаётся после каждой тренировки выбрать из 150 упражнений, что именно он делал, и внести. А система сама обработает информацию и выведет аналитику.

Завершив работу над электронными дневниками для тяжелоатлетов, на кафедре намереваются сделать такие же досье и для представителей других видов спорта. Валерий Евстафьевич замечает, что к ним «в очередь уже выстроились» пловцы, биатлонисты, конькобежцы.

— Но наших ресурсов недостаточно, чтобы помочь им всем. Например, есть проблема: сейчас спортсмен может вести дневник только на ноутбуке, а он хочет скачать мобильное приложение. Поэтому нам нужна помощь мобильных разработчиков.

Скользиметр в действии: как контролировать состояние льда

Среди разработок молодых спортивных инженеров есть и девайсы, которые помогают совершенствовать тренировочные условия. Например, определять качество льда.

— Создание качественного льда стоит больших усилий, — комментирует Валерий Васюк. — Три года назад руководство «Минск-Арены» поставило перед нами задачу создать инструмент, с помощью которого можно было бы измерять и контролировать состояние ледовой поверхности.

Такой прибор уже был известен в мировой практике — его аналог разработали специалисты в Коломне. Однако поделиться разработками с белорусскими коллегами россияне отказались. Тогда белорусы создали свой аналог коломенского скользиметра. По функционалу наш аппарат даже лучше: устройство даёт возможность в онлайн-режиме определять коэффициент трения скольжения льда при взаимодействии с лезвиями коньков, установленными на подвижной части прибора.

Работает устройство следующим образом: после придания силового импульса подвижной платформе, она скользит по льду 20-30 метров. В это время датчики снимают нужные параметры и дистанционно передают их на экран ноутбука. Заодно специалисты неплохо изучили, как на качество льда влияют различные параметры — от температуры в помещении до числа зрителей на трибунах.

Сегодня в Беларуси всего три скользиметра: два — в «Минск-Арене» и один в лаборатории кафедры. «Это первый, опытный образец», — отмечает Васюк.

«Ты патриот?». Почему чужим спортсменам и тренерам не подсказывают

Почему специалисты кафедры занимаются решением проблем белорусского спорта? Это почти  риторический вопрос.

— Аргумент: «Ты патриот?» — никто не отменял», — смеётся Валерий Евстафьевич.

Он рассказывает, что сегодня на спортивно-техническом факультете реализуется программа «университет 3:0». Студенты и аспиранты должны не только получать знания, заниматься научно-исследовательской работой, но и внедрять свои разработки и оценивать их на практике. Как в ведущих вузах мира.

Васюк говорит, что каждый из его аспирантов «на вес золота» — к уникальным специалистам уже сегодня присматриваются конкуренты из соседних стран. Ведь даже «подключить датчики — это одно дело, а уметь интерпретировать данные — совсем другое».

Умная стелька для конькобежца

Валерий Евстафьевич не скрывает: на кафедру спортивной инженерии БНТУ приходят предложения о сотрудничестве — «особенно в разработках заинтересованы россияне». Они часто тренируются в Беларуси и видят, как над спортсменами «колдуют» сотрудники кафедры. Задают вопросы.

— Но это же наше конкурентное преимущество, — убеждён Васюк. — Поэтому мы чужим спортсменам и тренерам не подсказываем: они лишь издали наблюдают за нами и делают выводы.

Конечно, его удручает, что исследования спортивных инженеров не получают государственного финансирования — в общем-то, они ведутся на энтузиазме магистрантов и аспирантов кафедры, которые в свободное от учебной работы время помогают спортсменам. «Но что поделаешь, — разводит руками Валерий Евстафьевич, — Максимум, что могут дать наши разработки — обеспечить преимущество белорусским спортсменам. Денег, если только речь не идёт о перепродаже технологий за рубеж, они не принесут. Мы работаем на престиж нашего спорта».


 

Фото: Андрей Давыдчик

Обсуждение