1/24/16
Bike fitting v triatlonu: optimizacija mehanske učinkovitosti in aerodinamike
Dr. Borut Fonda D r. Borut Fonda borut.fonda@cycling-science.si www.cycling-s cience.s i
Znanost v kolesarstvo, d.o.o. www.cycling-science.si facebook.com/cyclingscience.si/
S2P, Znanost v prakso, d.o.o. www.s2p.si TZS, obnovitveni s eminar facebook.com/science2practice Ljubljana, 23.1.2016
Pregled in cilji predavanja • Na koncu predavanja boste razumeli in kritično razmišljali o: – Bike fittingu v širšem smislu. – Pomenu mehanske učinkovitosti v povezavi s položajem telesa. – aerodinamika – Vpliv položaja telesa za preprečevanje preobremenitvenih poškodb.
D r. Borut Fonda
TZS, obnovitveni s eminar
www.cycling-s cience.s i
Ljubljana, 23.1.2016
Kaj je “bike fitting”? Bike fitting je postopek prilagajanja položaja telesa s spreminjanjem delov kolesa, da se doseže interakcija med številnimi spremenljivkami – npr. ekonomičnost gibanja, mehanska učinkovitost in udobje – da se poveča hitrost gibanja, zmanjša zaviralne sile in hkrati prepreči nastanek poškodb.
D r. Borut Fonda www.cycling-s cience.s i
TZS, obnovitveni s eminar Ljubljana, 23.1.2016
1
1/24/16
Pravilo št. 1: razlike med posamezniki
D r. Borut Fonda www.cycling-s cience.s i
TZS, obnovitveni s eminar Ljubljana, 23.1.2016
Razlike med posamezniki Problem
Morebitna rešitev (za tekmovalce)
A bi morali različni tipi kolesarjev, različnih stopenj treniranosti, sedeti enako na kolesu?
Poiskati “optimum” znotraj vsakega posameznika • Prilagoditi položaj telesa za povečanje mehanskega izkoristka. • Upoštevati vpliv fizikalnih in fizioloških dejavnikov.
Zakaj potem standardizirati priporočila za nastavitev kolesa na podlagi x metode? D r. Borut Fonda
TZS, obnovitveni s eminar
www.cycling-s cience.s i
Ljubljana, 23.1.2016
Mehanska učinkovitost in tehnologija
D r. Borut Fonda www.cycling-s cience.s i
TZS, obnovitveni s eminar Ljubljana, 23.1.2016
2
1/24/16
Sile na pedalih in moč
K o t p ed al a
K o t go n i l ke
90°
Navor = Učinkovita sila x Dolžina gonilke Moč = Navor x Kotna hitrost gonilke D r. Borut Fonda www.cycling-s cience.s i
TZS, obnovitveni s eminar Ljubljana, 23.1.2016
Kaj definira optimalno tehniko poganjanja pedal?
D r. Borut Fonda
TZS, obnovitveni s eminar
www.cycling-s cience.s i
Ljubljana, 23.1.2016
Funkcionalne mišične skupine •
Skupine sinergističnih mišic aktivnih v istem/nasprotnem delu cikla.
•
Dva para: • RF/TA & HAM/TS. • EXT & FLEX.
Raasch & Zajac (1999) D r. Borut Fonda www.cycling-s cience.s i
TZS, obnovitveni s eminar Ljubljana, 23.1.2016
3
1/24/16
Kaj definira optimalno tehniko • 50% povečanje aktivnosti v RF/TA in HAM/TS skupini za ohranjanje gladkega gibanja. • 25% upad v EXT in 36% upad v FLEX skupini. 5% povečana poraba energije!
D r. Borut Fonda www.cycling-s cience.s i
TZS, obnovitveni s eminar Ljubljana, 23.1.2016
Kaj definira optimalno tehniko Ohranjanje popolnega obrata De Marchis et al. (2013) so dokazali, da vizualni feedback za ohranjanje popolnega obrata znatno poveča mišično aktivnost.
Vlečenje navzgor v drugi fazi obrata Korff et al. (2007) so pokazali, da kolesarji, ki vlečejo navzgor povečajo mehansko učinkovitost (IE = 62.4%) in zmanjšajo metabolično učinkovitost (GE = 19.0%). D r. Borut Fonda
TZS, obnovitveni s eminar
www.cycling-s cience.s i
Ljubljana, 23.1.2016
Kaj je torej dobra tehnika poganjanja pedal? Ali bi morali kolesariti “v krogu” s popolnim obratom? • Človeško telo ni narejeno za vlečenje z nogami, pač pa za potiskanje. • Ljudje nismo sposobni izvesti popolnega obrata. Kolesar naj razbremeni obremenitev v drugi fazi obrata. • Gladek prehod čez obe mrtvi točki. • Prilagoditev drže telesa za povečanje učinkovitosti z ohranjanjem tehnike. D r. Borut Fonda www.cycling-s cience.s i
TZS, obnovitveni s eminar Ljubljana, 23.1.2016
4
1/24/16
Kaj je torej dobra tehnika poganjanja pedal? Primer Rekreativni kolesar s slabo nastavljenim kolesom je dosegel indeks učinkovitosti 30%.
D r. Borut Fonda www.cycling-s cience.s i
TZS, obnovitveni s eminar Ljubljana, 23.1.2016
Pravilo št. 1: razlike med posamezniki
Primer 1, IE = 65%
Primer 2, IE = 42%
Primer 3, IE = 29%
Fonda et al. (v pripravi) D r. Borut Fonda
TZS, obnovitveni s eminar
www.cycling-s cience.s i
Ljubljana, 23.1.2016
Položaj telesa kot omejitev Omejitev (ang. Constraint) je definirana kot meja, ki je v interakciji z biološkim sistemom in omejuje doseganje optimalnega stanja organizma (Clark, 1995; Davids et al., 2003). S tremi kontaktnimi točkami med kolesom in telesom imamo omejeno število stopenj prostosti za kontrolo kolesa. Položaj telesa je torej omejitev, ki definira optimalno stanje za poganjanje pedal.
D r. Borut Fonda www.cycling-s cience.s i
TZS, obnovitveni s eminar Ljubljana, 23.1.2016
5
1/24/16
Višina sedeža
Mišična sila
Razmerje mišične dolžine/sile
Mišična dolžina
D r. Borut Fonda www.cycling-s cience.s i
TZS, obnovitveni s eminar Ljubljana, 23.1.2016
Višina sedeža in mehanska učinkovitost
Bini et al. (2013)
D r. Borut Fonda
TZS, obnovitveni s eminar
www.cycling-s cience.s i
Ljubljana, 23.1.2016
Višina sedeža in mehanska učinkovitost 25º Knee angle
35º Knee angle
45º Knee angle
• Višina sedeža vpliva na mehansko učinkovitost.
Index of Effectivenes s [%]
80 75
• Triatlonci imajo rahlo povišan indeks mehanske učinkovitosti.
70 65
• Triatlonci pogosto sedijo višje kot cestni kolesarji.
60 55 50
Cylists
Triathletes
Bini et al. (2014) D r. Borut Fonda www.cycling-s cience.s i
TZS, obnovitveni s eminar Ljubljana, 23.1.2016
6
1/24/16
Višina sedeža in mehanska učinkovitost Indeks učinkovitos ti 50
45
45
40
40
35
35
30
30
25
25
20
8 4 .1 cm
8 5 .1 cm
8 5 .9 cm
8 5 .9 + In so l es
8 6 .2 cm
8 7 .4 cm
Kot v kolenu v s podnji točki
Indeks učinkovitos ti [%]
Kot v kolenu 50
20
Viš ina s edež a in prilagoditev
D r. Borut Fonda www.cycling-s cience.s i
TZS, obnovitveni s eminar Ljubljana, 23.1.2016
Položaj telesa in mehanska učinkovitost • Položaj telesa, še posebej višina sedeža, znatno vpliva na mehansko učinkovitost. • Ne obstajajo generalne usmeritve in priporočila za nastavitev brez direktnega merjenja mehanske učinkovitosti. • Vsak posameznik je drugačen in zato je potrebno iskati optimum za vsakega posebej. D r. Borut Fonda
TZS, obnovitveni s eminar
www.cycling-s cience.s i
Ljubljana, 23.1.2016
Aerodinamika
D r. Borut Fonda www.cycling-s cience.s i
TZS, obnovitveni s eminar Ljubljana, 23.1.2016
7
1/24/16
Aerodinamika
D r. Borut Fonda www.cycling-s cience.s i
TZS, obnovitveni s eminar Ljubljana, 23.1.2016
Aerodinamika
D r. Borut Fonda
TZS, obnovitveni s eminar
www.cycling-s cience.s i
Ljubljana, 23.1.2016
Položaj telesa in aerodinamika Coefficient of drag area CdA + Cd x A • V klanec je pomembna relativna moč izražena v W/kg • Pri višjih hitrostih prevladuje relativna moč izražena v W/CdA.
• • • • • • D r. Borut Fonda www.cycling-s cience.s i
Opis Toyota Corolla Rekreativni cestni kolesar Tekmovalni cestni kolesar Rekreativni kronometrist Tekmovalni kronometrist Pro vzdržljivostni “track”
CdA (m2) 0.65 0.35 0.30 0.26 0.23 0.19 TZS, obnovitveni s eminar Ljubljana, 23.1.2016
8
1/24/16
Položaj trupa in aerodinamika Naklon trupa je glavni dejavnik definiranja zračnega upora. Naklon trupa znatno vpliva na moč in ekonomičnost med kolesarjenjem na ergometru. Izredno pomembna je prilagoditev na položaj.
D r. Borut Fonda www.cycling-s cience.s i
TZS, obnovitveni s eminar Ljubljana, 23.1.2016
Andy Froncioni
D r. Borut Fonda
TZS, obnovitveni s eminar
www.cycling-s cience.s i
Ljubljana, 23.1.2016
Andy Froncioni
D r. Borut Fonda www.cycling-s cience.s i
TZS, obnovitveni s eminar Ljubljana, 23.1.2016
9
1/24/16
Položaj telesa in aerodinamika
D r. Borut Fonda www.cycling-s cience.s i
TZS, obnovitveni s eminar Ljubljana, 23.1.2016
Preobremenitvene poškodbe med kolesarjenjem
Postaviti dobro pripravljenega kolesarja na slabo nastavljeno kolo je kot, da bi montirali močnejši motor na avto s praznimi gumami… ....prej ko slej bi avto uničili.
D r. Borut Fonda
TZS, obnovitveni s eminar
www.cycling-s cience.s i
Ljubljana, 23.1.2016
Kot v kolenu (°)
Tehnologija za spremljanje gibanja 50.0 45.0 40.0 35.0 30.0 25.0 20.0 15.0 10.0 5.0 0.0 Višina sedeža 2D CAM D r. Borut Fonda www.cycling-s cience.s i
3D Vicon
Electrogoniomet er
Fonda et. al (2013).
TZS, obnovitveni s eminar Ljubljana, 23.1.2016
10
1/24/16
Položaj telesa in obremenitev sklepov Fp – Strižna sila pogačice Fcp – Patello-femoral kompresijka sila Fq – Strižna sila štiriglave stegenske mišice Fcq – Kompresijska sila kite štiriglave stegenske mišice.
Ericson et. al (1988). D r. Borut Fonda www.cycling-s cience.s i
TZS, obnovitveni s eminar Ljubljana, 23.1.2016
Položaj telesa in obremenitev sklepov
Bini et al. (2012) D r. Borut Fonda
TZS, obnovitveni s eminar
www.cycling-s cience.s i
Ljubljana, 23.1.2016
Položaj telesa in obremenitev sklepov
Ericson et. al (1988). D r. Borut Fonda www.cycling-s cience.s i
TZS, obnovitveni s eminar Ljubljana, 23.1.2016
11
1/24/16
Obremenitev sklepov • Sila ne igra pomembnejše vloge pri obremenitvi iliotibialnega trakta.
Farrel et al. (2003) D r. Borut Fonda www.cycling-s cience.s i
TZS, obnovitveni s eminar Ljubljana, 23.1.2016
Položaj telesa in obremenitev sklepov • Položaj naprej/nazaj: povečana strižna sila na sprednjo križno vez pri postavitvi sedeža preveč nazaj
Bini et al. (2013) D r. Borut Fonda
TZS, obnovitveni s eminar
www.cycling-s cience.s i
Ljubljana, 23.1.2016
Naklon tibie v povezavi s poškodbo kolena
D r. Borut Fonda www.cycling-s cience.s i
TZS, obnovitveni s eminar Ljubljana, 23.1.2016
12
1/24/16
Naklon tibie v povezavi s poškodbo kolena Asimptomatski kolesarji
Poškodovani kolesarji
D r. Borut Fonda www.cycling-s cience.s i
TZS, obnovitveni s eminar Ljubljana, 23.1.2016
Položaj telesa za preprečevanje preobremenitvenih poškodb • Položaj telesa vpliva na obremenitve sklepov. • Obstajajo generalne usmeritve za preprečevanje najpogostejših poškodb, predvsem na podlagi 3D kinematičnih meritev. • Potrebno je upoštevati predhodne poškodbe in morebitne mehanizme, ki prispevajo k bolečini/poškodbi in niso nujno v povezavi s kolesom. D r. Borut Fonda
TZS, obnovitveni s eminar
www.cycling-s cience.s i
Ljubljana, 23.1.2016
Ključne točke • Za oceno tehnike pedaliranja je potrebna tehnologija, ki omogoča spremljanje sil v vseh treh smereh. • Popolni obrat ni optimalni tehnika pedaliranja. • Prilagoditve telesne drže se odražajo v mehanski učinkovitosti. • Potrebno je upoštevati usmeritve na podlagi dokazov o obremenitvah sklepov za preprečevanje poškodb. Borut Fonda, PhD Znanost v kolesarstvo, d.o.o. borut.fonda@cycling-science.si www.cycling-science.si / www.s2p.si @borutfonda D r. Borut Fonda www.cycling-s cience.s i
Hvala za pozornost! TZS, obnovitveni s eminar Ljubljana, 23.1.2016
13
1/24/16
How do we do it? D r. Borut Fonda www.cycling-s cience.s i
TZS, obnovitveni s eminar Ljubljana, 23.1.2016
TEAM
D r. Borut Fonda
TZS, obnovitveni s eminar
www.cycling-s cience.s i
Ljubljana, 23.1.2016
Our approach at Cycling Science, Ltd. The technology • Ultra sound based 3D kinematics with an error less than 0.1 mm in all three directions. • Simultaneous 3-axes force and torque measurements. • Adjusting the body position according to the direct mechanical effectiveness measurement.
D r. Borut Fonda www.cycling-s cience.s i
TZS, obnovitveni s eminar Ljubljana, 23.1.2016
14
1/24/16
Our approach at Cycling Science, Ltd. The protocol • Initial assessment with image capture, lower body kinematics and pedal forces measurements. • Real time view of all forces, torques, body kinematics and pedal orientation. • All measurements are performed at the same power and cadence to ensure repeatable measurements.
D r. Borut Fonda www.cycling-s cience.s i
TZS, obnovitveni s eminar Ljubljana, 23.1.2016
Our approach at Cycling Science, Ltd. 3D kinematics parameters
Pedal dynamics parameters
• Values calculated for different crank points/sections. • Based on average signals from n cycles. D r. Borut Fonda
TZS, obnovitveni s eminar
www.cycling-s cience.s i
Ljubljana, 23.1.2016
Our approach at Cycling Science, Ltd. Interpretation and report Rich graphic and numeric results representation Instant report generation with results compared on a before/after basis.
D r. Borut Fonda www.cycling-s cience.s i
TZS, obnovitveni s eminar Ljubljana, 23.1.2016
15