Статьи

Вирджиния Тодда Де Сорбо. Мекка науки в плавании

Мнение
Оригинал статьи
Автор статьи: Cooper Allen
Сто лет назад, на Олимпийских играх 1924 года в Париже, американец Джонни Вайсмюллер выиграл заплыв на 100 метров вольным стилем среди мужчин за 59 секунд. Почти 100 лет спустя, на отложенных Олимпийских играх 2020 года в Токио, Келеб Дрессель выиграл то же самое соревнование за 47 секунд, что было на 12 секунд быстрее, чем у Вайсмюллера.

За последние сто лет время плавания во всех направлениях значительно ускорилось благодаря нескольким факторам, таким как инновации в тренировках, стратегии восстановления, питания и улучшений оборудования.

Одним из ключевых компонентов улучшения результатов в плавании является биомеханика, то есть то, как пловцы оптимизируют свой гребок, будь то на спине, брассом, баттерфляем или вольным стилем.

Пловцы десятилетиями экспериментировали с различными техниками, чтобы получить преимущество перед своими конкурентами. Однако в последние годы применение математических принципов, естественных наук и использование носимых сенсорных технологий в тренировочных режимах позволило некоторым спортсменам поднять свои результаты на новый уровень, включая членов команды Университета Вирджинии по плаванию.
В новом исследовательском документе профессор Университета Виргинии (UVA) представил команде новые концепции и методы, которые были приняты несколькими пловцами, включая двух выпускников Школы инженерии и прикладных наук Университета Виргинии. Они рассказывают, как использование данных помогает превратить конкурентоспособных пловцов в элиту.

Плавание в данных

Кен Оно считал, что его время работы с плаванием подошло к концу. Он является профессором математики в Университете Виргинии, а также преподает курсы по науке о данных и консультирует по STEM у ректора университета. Он много лет работал с пловцами, начиная с его учебы в Университете Эмори в Атланте, и затем с командами других колледжей, включая олимпийских спортсменов, на протяжении многих лет.

Однако, когда он пришел в UVA в 2019 году, он не планировал продолжать заниматься этим аспектом своей работы. Однако после встречи с Тоддом ДеСорбо, который возглавил программу плавания UVA в 2017 году, Оно вскоре обнаружил, что снова тесно сотрудничает со спортсменами, начав свою работу в качестве консультанта команды в сезоне 2020-2021. В этом году женская сборная UVA по плаванию выиграет свой первый из четырех национальных чемпионатов подряд.
“Одна из вещей, которая мне очень нравится в этой работе, - это то, что плавать безумно тяжело”, - сказал Оно. “Нам никогда не предназначалось быть пловцами, и это одновременно спортивный и научный вызов — в нем есть все”.
Прошлой осенью DeSorbo провел занятие, на котором рассказал о научно-ориентированном подходе к улучшению результатов в плавании, который оказался столь успешным в UVA. Он хотел убедиться, что не возникло неправильных представлений о серьезности материала.
Итак, Оно объединился со студентами UVA Кейт Дуглас, Августом Лэмбом и Уиллом Тенпасом, а также с аспирантом Массачусетского технологического института Джерри Лу, который работал с Оно и командой UVA по плаванию, когда учился на бакалавра системной инженерии и экономики в университете. Они подготовили статью, в которой описали ключевые элементы занятий и работу Оно с пловцами.

Тенпас и Лэмб недавно завершили магистерскую программу в Школе Data Science, а также свою карьеру в качестве пловцов-профессионалов колледжа. Дуглас, завершившая свою карьеру пловца UVA в 2023 году и ставшая одной из самых титулованных пловчих в истории NCAA, является аспиранткой по статистике в университете и намерена принять участие в Олимпийских играх в Париже после завоевания бронзовой медали на играх 2020 года.

Группа подготовила документ, который они назвали "Плавание в данных", в течение двух месяцев, и он был быстро принят The Mathematical Intelligencer. По словам Оно, это стало одной из самых читаемых статей по теме STEM с момента начала отслеживания. В июле версия статьи также будет опубликована в Scientific American.
“Кажется, дело сдвинулось с мертвой точки”, - сказал Оно.
После описания эволюции плавания за последние 100 лет в статье объясняется, как понимание математики и физики в сочетании с использованием технологий для получения данных индивидуального уровня может помочь добиться максимальных результатов. В статье говорится, что для понимания научных принципов, связанных с плавательным ударом, необходимы законы движения Ньютона. Законы, которые охватывают инерцию, идею о том, что ускорение зависит от массы объекта и величины приложенной силы, и принцип, согласно которому воздействие объекта на другой вызывает равную и противоположную реакцию, помогают упростить представление о многих биомеханических факторах, связанных с плаванием, согласно Tenpas.
“Существуют различные ограничения гибкости. Когда вода движется вокруг вас, возникают волны и течения, и вас легко парализовать под их воздействием”, - отметил Тенпас. После четырех лет обучения в университете Дьюка, где он изучал машиностроение, он поступил на программу по анализу данных в Университете Виргинии и присоединился к плавательной команде, получив право на пятый год обучения.

“Я думаю, что знание законов Ньютона приятно, поскольку это дает вам основу, с которой мы все можем согласиться”, - добавил он.
По словам Оно, это помогает понять механику бассейна, учитывая нелогичные движения, которые пловцы должны использовать, чтобы продвигаться вперед.
“Причина, по которой мы в значительной степени вспоминаем законы движения Ньютона, заключается в том, что мы можем разложить факторы, которые имеют значение при тестировании пловца”, - сказал он.
Для проведения этих тестов мы используем датчики, которые можно разместить на запястьях, лодыжках или спине пловцов, чтобы собрать данные об ускорении, измеряемом в инерциальных единицах. Затем эта информация используется для создания цифровых двойников, которые точно повторяют движения пловца.

Эти двойники раскрывают сильные и слабые стороны, позволяя нам и тренерскому штабу давать рекомендации по технике и стратегии, например, как уменьшить силу сопротивления, истинного противника пловца, что приведет к немедленному улучшению. Фактически, благодаря анализу данных и использованию законов Ньютона можно сделать точный прогноз о том, сколько времени пловец может сэкономить, внеся заданную корректировку.
Лэмб, выпускник факультета компьютерных наук Университета Вирджинии, который пять лет работал в области обработки данных, сравнил цифровых двойников с функцией в популярной игре Nintendo Mario Kart, где игроки могут соревноваться с призрачной версией самих себя.
“Возможность иметь доступ к этому ресурсу, чтобы провести тестирование в течение месяца, затем потратить месяц или два на корректировку, а затем снова протестировать и оценить разницу, — это действительно ценный инструмент”, — отметил он.
Чтобы понять потенциал цифровых двойников, достаточно посмотреть на пример Дугласа, одного из соавторов, упомянутого в статье.

Был обнаружен недостаток в положении ее головы на дистанции 200 метров брассом. С использованием цифрового двойника и помощью тренерского штаба было рассчитано, насколько она могла бы сэкономить время на обтекаемом скольжении, внеся модификации, учитывая ее очевидный талант и аэробные способности. Она последовала этим рекомендациям, и результаты были впечатляющими. В ноябре 2020 года, когда оценивалась ее техника, 200 м брассом даже не было в ее списке соревнований. Три года спустя она установила рекорд Америки.
Этим летом плавание займет центральное место в национальном сознании. В июне в Индианаполисе пройдут испытания олимпийской сборной США перед Олимпийскими играми в Париже в июле и августе. Женскую команду возглавит ДеСорбо, тренер UVA, который принял стратегические рекомендации Оно, основанные на данных.

Многие начинающие пловцы будут наблюдать за происходящим в ближайшие недели и задаваться вопросом, как они могли бы полностью реализовать свой спортивный потенциал.

Для тех, у кого есть доступ к технологиям и данным о своей технике, Tenpas призвал молодых пловцов воспользоваться преимуществами.

Он отметил значительное количество времени, которое пловец должен потратить, чтобы достичь высочайших уровней в спорте, подсчитав, что он плавал шесть раз в неделю с 12 лет.
“Если вы собираетесь выполнять всю эту работу, по крайней мере, делайте это с умом”, - сказал Тенпас.
В то же время Лэмб призвал молодых пловцов, которые, возможно, еще не имеют доступа к этой технологии, не терять веру в свой потенциал совершенствования.
“Хотя это невероятно полезный инструмент для улучшения вашей техники и вашего гребка, это еще не все”, - сказал он.

“Существует так много различных способов внести улучшения, и мы надеемся, что со временем они станут более доступными”, - сказал Лэмб о методах обработки данных, используемых в UVA.
Что касается того, к чему все это ведет, то с быстро расширяющимся использованием и доступностью данных и носимых технологий Оно считает, что его научный подход к разработке стратегий плавания скоро станет нормой.
“Я думаю, что через пять лет наша история перестанет быть историей. Это будет: ‘О, сейчас все этим занимаются”, ’ сказал он.
2024-09-19 20:36