Trener si misli: Aha, potem pa jaz ne bom več potreben


Napori, vetrovi, dež, potenje, odrekanja in preizkušnje. Šport je gibanje, kjer lahko s premikanjem telesa na pravi način dosežeš zelo veliko. Pri tekmovalnem športu šteje vsaka najmanjša napaka, vsak gib, kdo bo boljši in kdo bo prej na cilju. Če ti uspe prebiti magično mejo nadpovprečno dobrega odstotka, te to lahko vodi do vrhunskega rezultata. Problem se pojavi, če se profesionalni športnik poškoduje. Takrat se nanj zgrnejo črni oblaki pretiranih pričakovanj do samega sebe, ki jih lahko pomaga odgrniti sistem biološke povratne zanke.

Ob pravilni uporabi športniku omogoča prednost pred konkurenco

Biološko povratno zanko so sprva v 80. letih povezovali s preučevanjem človeških psiholoških procesov, kot so visok pritisk, epilepsija in duševne stiske. V sedanjosti gre za metodo zdravljenja in nadzora telesa, ki uporablja različne senzorje za merjenje osebnih biomehanskih (gibanje, drža, sila telesa) in psiholoških (dihanje, živčevje, mišičje, srčni utrip) telesnih funkcij, parametrov in aktivnosti, ki jih sami ne moremo opaziti.

S sistemom biološke povratne zanke in njegovim razvojem se ukvarjajo na Fakulteti za elektrotehniko Univerze v Ljubljani, v Laboratoriju za informacijske tehnologije, kjer sodelujejo izr. prof. dr. Anton Kos, doc. dr. Anton Umek, doc. dr. Sara Stančin in mladi raziskovalec Matevž Hribernik. Predstojnik laboratorija je prof. dr. Sašo Tomažič, ki je hkrati tudi vodja programa na Javni agenciji za raziskovalno dejavnost Republike Slovenija (ARRS), od koder se raziskave delno tudi financirajo.

Sistem biološke povratne zanke je uporaben za boljše in natančnejše razumevanje gibanja, pri preprečevanju poškodb in v rehabilitaciji. Omogoča tudi povečanje zmogljivosti v športu, saj podaja povratne informacije o uspešnosti ali napakah, ki športnemu trenerju in njegovemu varovancu ob pravilni uporabi ter razumevanju pridobljenih podatkov omogočajo prednost pred konkurenco. Trenutno tipično podajanje povratnih informacij v športu izgleda tako, da trener snema tekmo, na napake lahko opozarja že med snemanjem, velikokrat pa si s športniki posnetek tekme ogleda za nazaj in tako analizira njihovo igro. Sistem biološke povratne zanke ponuja še dodatno možnost: vzpostavitev sistema merjenja, ki deluje sočasno z izvajanjem gibov. Tako lahko športnik določene nepravilnosti gibanja odpravi takoj ali pa jih ob naslednjem sklopu gibov izboljša.

Sistem kamer za optično sledenje
Sistem kamer za optično sledenje. Vir: https://www.qualisys.com/stories/gait-rehab-salford/

Vzpostavitev sistema pa ni tako preprosta. Najprej je potrebno vedeti, katere podatke se pri analizi sploh potrebuje. Za merjenje po navadi ne zadostuje en senzor, potrebnih jih je več, kar predstavlja pomisleke pri tem, kam točno jih namestiti, da bodo najbolj učinkoviti. Pri tem raziskovalci sodelujejo s športnimi strokovnjaki. Pomembno je, da na telesu najdejo ustrezno mesto, najbližje telesnemu težišču.

Signale se sporoča na različne načine, pot povratnega sporočanje poteka preko človeških čutil. Izr. prof. dr. Anton Kos pojasni, da je “pri večini športov najbolj uporabljeno čutilo vid, zato največkrat ni primerno, da preko njega podajamo povratno informacijo. Bolj uporaben je recimo sluh, a tudi ne vedno, saj se recimo pri določenih športih športniki med sabo ves čas dogovarjajo o poteku igre, zato bi bilo zanje pri sporočanju povratne informacije bolj primerna uporaba tipa, recimo vibracije.

Tudi primerna in natančna postavitev senzorjev gibanja je nujna, da ne zmoti samega gibanja. “Če uporabniku rečeš: ‘Pazi, ko ti bo v levem ušesu zapiskalo, to pomeni, da si z levo nogo naredil napačen gib.’ Če mu tega ne poveš, ne bo vedel, kaj ta pisk pomeni,” je rekel Kos. Razvijajo tudi aplikacije na telefonu, ki vsakemu posamezniku v razumljivi obliki sporočijo analizo gibanja. Pri prenosu informacij je skoraj vedno zahtevan brezžični prenos, ki ima najmanj omejitev.

Sistem so najprej preizkusili pri golfu

V Laboratoriju za informacijske tehnologije so se s sistemom biološke povratne zanke v športu začeli ukvarjati med letoma 2014 in 2015. Bili so med prvimi, ki so se tej temi resno posvetili. “Takrat so senzorji za zaznavo gibanja postali zadosti dobri, da se je to lahko začelo bolj natančno meriti,” je povedal dr. Anton Kos in dodal, da si lahko takrat znanstvene članke na to temo preštel na prste. Prvi začetki segajo v leto 2011, ko je prof. dr. Sašo Tomažič skupaj s Srđanom Đorđevićem, trenerjem vrhunskih atletov, razvil senzor za merjenje krčenja mišic pri različnih fizičnih dejavnostih, ki se nalepi na kožo.

Prvi preizkus sistema z biološko povratno vezavo so začeli z golfom. “Golf je zelo zahteven šport, ker če žogico udariš za en milimeter narobe, bo rezultat lahko tudi dvajset metrov drugačen, kot si želel. Ima pa golf eno dobro lastnost, da si ob udarcu načeloma pri miru,” je pojasnil Kos in dodal, da se na ta način zmanjša negotovost merjenja, saj ni nobenega vzporednega premika telesa. “Spremljali smo gibanje glave, ker mora pri golfu glava mirovati,” je Kos izpostavil razlog za natančnost udarca in še obrazložil, da so tisti, ki so glavo preveč premikali, dobili obvestilo o napaki. “Ko smo kot rezultat uspešnosti sistema gledali premikanje glave, smo videli, da so tisti, ki so sistem imeli, glavo premikali veliko manj kot tisti, ki ga ob udarcu niso imeli.” Poskus je dokazal, da sistem deluje.

Hudo je, če se gibanja naučimo narobe

Cilj sistemov je pomagati športniku, da se pravilno nauči nekega giba. Primerni so tudi za hitrejši potek rehabilitacije po poškodbi. “Hudo je, če se giba narobe naučiš. Se pravi tisočkrat nekaj narediš narobe in to se ti zapiše v možgane,” je razložil Kos in še dodal, da je še bolj zahtevno pozabiti določen nepravilen gib in se naučiti pravilnega. Tak sistem motoričnega učenja je zelo dolgotrajen, poleg tega ljudje gibov ne izvajamo na enak način. “Sistem te ob vsakem napačnem gibu opozori ali pa ti pomaga, da ga ne izvedeš do konca, saj na tak način ni nevarnosti, da se ti shrani v možganih. Če uspeš zadostiti tem pogojem, si v teoriji izboljšal motorično učenje, hkrati pa si ga tudi pohitril.

Da je posameznik lahko najboljši, je pri njegovem izvajanju gibanja namreč nujno, da nekaj počne drugače kot večina. Idealni gib tako obstaja le za vsakega človeka posebej. Smiselno je edino, da se pri posameznem športniku analiza njegovih najboljših gibov primerjalno uporablja pri analizi zaznavanja njegovih lastnih napak.

Vsak športnik ima svoj slog

Trenerji bi lahko že iz razlik pri posameznih športnikih v daljšem času izvedeli marsikaj. “Recimo, da športnik začne izvajati nek gib drugače in je mogoče to vzrok, zakaj ni v formi. Koristen del sistema je tudi zaznavanje utrujenosti športnikov,” je še poudaril Kos, saj naj bi se največ poškodb zgodilo ravno, ko so športniki utrujeni in gredo preko svojih meja. Pri plavanju lahko na primer sistem zazna, da je bil zamah plavalca za nekaj stotink krajši, tega pa trener ne bi mogel opaziti s prostim očesom. Sistem lahko zazna utrujenost in posledično predvidi situacije, ko je posameznik bolj podvržen poškodbam. Takrat je priporočljivo, da športnik počiva ali izvaja vaje, ki vključujejo druge mišične skupine.

Kljub obetom, ki jih lahko nudi sistem, je večji problem to, da je zelo malo trenerjev, ki bi znali razbrati signale ali bi se bili o tem pripravljeni podučiti. Trener ima po navadi izkušnje iz prakse in ob predstavitvi merilnega sistema, kot je povedal Kos, postane sumničav in negotov. “Večina si misli: ‘Aha, potem pa jaz ne bom več potreben,’ kar seveda ni res, saj ima vsak športnik svoj slog, trenerji pa so tisti, ki ga bodo prepoznali.” Prihodnost uporabe sistema bi bila, če bi trener s pomočjo rezultatov športnih meritev znal svojim varovancem nuditi koristne informacije, ki bi bile nujne za uspešno izboljšavo športnika. Trener bi tako imel veliko prednost pred ostalimi trenerji, vendar pa problem ni le v trenerjih, temveč tudi v športnikih, je poudaril Kos. “Do športnikov je zelo težko priti, v smislu, da dokler nimamo nečesa, kar bo neposredno koristilo njihovim rezultatom, trenerji ne bodo namenili časa za meritve. Tudi športniki to neradi počnejo, ker nimajo časa ali pa se bojijo, da bodo meritve pokazale slabe rezultate.”

Sistem biološke povratne zanke je smiseln tudi za rehabilitacijo. David Kumer je diplomant Fakultete za elektrotehniko, ki 14. leto aktivno igra odbojko. Pri igri si je poškodoval koleno leve noge. Če bi imel tak sistem že na začetku poškodbe, bi se lahko prej vrnil na igrišče, gibanje bi bilo pravilno, bolečine pa se ne bi več pojavile. “Zagotovo bi bili podatki, ki bi jih dobil iz takšnega sistema, zelo dragoceni, saj bi prikazali realno stanje, kako se poškodovana noga uporablja pri gibanju po poškodbi. Recimo tudi sedaj, ko sem popolnoma rehabilitiran, je sistem pokazal, da pri gibanju in izvajanju določenih odbojkarskih elementov še vedno bolj uporabljam desno nogo. Kljub temu, da je od poškodbe minilo nekaj časa, moje telo podzavestno na ta način še vedno ščiti poškodovano nogo.”

Primerljivi komercialni sistemi nudijo le plačljive informacije

Komercialnih produktov, še niso naredili. Produkti, ki na trgu merijo gibanje, so po besedah dr. Antona Kosa velikokrat nezanesljivi. “Komercialni produkti, ki so dostopni vsakomur, niso dovolj točni in natančni. Vedno je mogoče iz signalov nekaj izračunati. Vprašanje je samo, ali ima dobljen rezultat povežemo z realnostjo ali ne.” Sistemi, kot so športne ure in zapestnice, ki jih lahko kupimo, so zaprti in dajejo samo tiste informacije, za katere uporabnik plača, njihova točnost pa ni znana, saj ne nudijo dostopa do izvornih informacij. Poleg tega noben senzor ni absolutno točen in natančen. Vsak ima svojo mersko napako. Komercialno dostopne naprave so samoumerjene in zato velikokrat nezanesljive.

Raziskovalci Laboratorija za informacijske tehnologije sistema še niso preizkusili na profesionalnih športnikih, saj z razvojem še niso tako daleč. Izdelali so veliko različnih prototipov, njihov interes pa je seveda, da bi nekoč lahko iz tega nastali izdelki, ki bi pripomogli k hitrejši in boljši zaznavi pravilnega gibanja.

Sistem, ki je trenutno razvit, bi se sicer lahko prilagodil praktično za vsak šport. Uspešnost prilagoditve je zelo odvisna od vrste športa in zahtevanih meritev. Veliko projektov so se v Laboratoriju lotili, ker so si študentje, ki so sami trenirali določen šport, zaželeli raziskati možnosti merjenja in izboljšav. “Naredili smo projekte pri golfu, plavanju, smučanju, športnem streljanju, odbojki, tenisu in prostem plezanju,” je športe, kjer se lahko v Sloveniji zaenkrat uporabi prototip sistema biološke povratne zanke, predstavil Kos. Pri raziskavah pogosto sodelujejo s Fakulteto za šport v Beogradu.

Razmišljati je potrebno o prenosljivem sistemu

Obstoječi raziskovalni prototipi, so po besedah plezalca Matije Volontarja, ki je v svoji magistrski nalogi na Fakulteti raziskoval sistem za merjenje sile prijema v plezanju, namenjeni laboratorijskim meritvam in je njihova prenosljivost zelo omejena. Posledično je za športnike tak sistem praktično neuporaben. Potrebno je razmisliti o sistemu, ki je prenosljiv in se ga hitro postavi oziroma namesti v plezalno okolje, na primer kot mobilno ali spletno aplikacijo. “Pri prostem plezanju smo naredili sistem, ki meri, koliko moči ima plezalec v prstih oziroma povedano drugače, koliko sile lahko proizvede pri plezanju, da bo čim bolj uspešen,” je razložil dr. Anton Kos, ki je bil somentor te magistrske naloge. Merilni sistem hangON, ki mora imeti dostop do internetne povezave in gladke vertikalne površine, je med drugim meril tudi, kateri prst je tisti, ki je med treningom najbolj obremenjen. “Meni je bilo super, da sem lahko prvič v življenju v bistvu videl na gram natančno, koliko sile lahko proizvedem z vsakim prstom,” je ponosno priznal Volontar, ki se je v svojem delu posvetil tudi analizi utrujenosti. “Po primerjavi meritev pred in pa po treningu je bilo očitno, da po treningu nisem mogel več proizvesti toliko sile,” je svojo ugotovitev povzel Volontar. Plezanje se od drugih športov ključno razlikuje po tem, da nihče ne uporablja naprav ali pripomočkov za vadbo, zato je bila vzpostavitev sistema za merjenje toliko bolj presenetljiva. Kljub navdušenju velikega trga za tak sistem ni, plezalci pa zaradi tega sistema ne bodo bolj učinkoviti. “Z njim bi lahko pridobili informacije, ki bi jim koristile pri usmeritvah za boljši trening, recimo, da naprava prepozna, kateri prst je manj razvit od ostalih in lahko plezalec tako več truda pri treningu posveti razvoju mišic določenega prsta, ki je obremenitvam zaradi tega bolj izpostavljen,” je pojasnil Volontar in dodal, da rekreativni plezalci velikokrat zavračajo uporabo merilnih naprav, saj jim plezanje predstavlja bolj način življenja kot pa tekmovanje.

Uporaba merilnega sistema pri plezanju
Uporaba merilnega sistema pri plezanju. Vir: Matija Volontar, magistrska naloga. (pridobljeno z dovoljenjem avtorja)

Lutz Schöffmann je diplomant Fakultete za elektrotehniko, ki v prostem času trenira tenis. V svojem diplomskem delu je razvil sistem za zaznavanje pozicije igralca v tenisu, ki zagotovi informacije o teniški igri, ki jih sicer trener praktično ne more stalno spremljati. Ko je začel razmišljati o takšnem sistemu, ni našel nobene komercialne rešitve, ki bi s pomočjo tehnologije za optično sledenje gibanja zagotavljala tudi podatke o gibanju igralca po igrišču, točki, kjer je igralec udaril žogico in pretečenih metrih. Schöffmann je izpostavil, da se na večjih glavnih turnirjih po koncu prenosa vedno prikazuje statistiko in njeno vizualizacijo, za kar so potrebni dragi sistemi in kamere. Če želi igralec dostopati do celotnega prikaza podatkov, je takšno procesiranje tudi zelo obsežno. Ker so ti podatki nepogrešljivi, je želel sam narediti podoben, a cenejši sistem. “V svojem sistemu sem zaznal stik loparja z žogico. Sledilo je združevanje vseh signalov, da sem lahko odčital lokacijo udarca na loparju,” je dejal  Schöffmann in poudaril, da to omogoča spremljanje gibanja igralca pri tenisu, kar izredno veliko pomeni. “Razberemo lahko, kje igralec stoji, če je v polju ali za osnovno črto, in tudi to, kako se postavlja glede na nasprotnika.” Slovenski teniški igralci sicer sistemov ne uporabljajo, uporabljajo pa podatke, ki jih sistemi na turnirjih zagotovijo oziroma dajo na prodaj.

Testiranje na teniškem igrišču
Testiranje na teniškem igrišču. Vir: Lutz Schöffmann, diplomska naloga. (pridobljeno z dovoljenjem avtorja)

Nekatere sisteme se lahko tudi “obleče”. David Kumer je v sklopu diplomske naloge na Fakulteti razvil sistem za odbojko s senzorskimi vložki za v čevlje in senzorji gibanja. Pri merjenju je izvajal več zaporednih gibov elementov odbojke, kot so servis, napad in blok. Med svojo raziskavo je ugotovil, da se tehnika odbojkarskih gibov nagiba k večji uporabi enega dela telesa, odvisno od dominantne noge. “Predvsem smo se naučili, kako se športnikovo telo obnaša med gibanjem oziroma izvajanjem določenih gibov, ne moremo pa doreči, kaj to pomeni za športnika,” je pojasnil Kumer in dodal, da lahko zahtevnejše nasvete ali diagnoze s pomočjo teh podatkov postavljajo samo ustrezni strokovnjaki.

Senzorski vložek za čevelj pri odbojki
Senzorski vložek za čevelj pri odbojki. Vir: David Kumer, diplomska naloga. (pridobljeno z dovoljenjem avtorja)

Bodo lahko v prihodnosti meritve izvajali športniki sami?

Trenutno je večina sistemov biološke povratne zanke še v prototipni fazi, a upanje za prihodnost in nadaljnji razvoj vseeno ostaja. “Takšni relativno enostavni sistemi prinesejo nov pogled na to, kako se športnikovo telo obnaša med gibanjem, in mislim da prinese veliko dragocenih podatkov, ki se jih lahko uporabi za preprečevanje poškodb, analizo gibanja in analizo tehnike posameznih športnikov,” meni David Kumer, ki prihodnost raziskave na svojem področju vidi v “senzorski nogavici”, ki bi spremljala podatke stopala. Pri tenisu je po mnenju Lutza Schöffmanna problem pri sistemih s kamero v tem, da si jih trenerji ter teniški klubi zaradi visoke cene in kompleksnosti uporabe ne morejo privoščiti. Izboljšavo svojega sistema vidi v namenski aplikaciji, ki bi podatke tudi vizualno prikazala. Za prihodnost si raziskovalci prizadevajo, da bi bile povratne informacije uporabnikom predstavljene na razumljiv način in podpora tehničnega osebja pri izvajanju meritev ne bi bila več nujna.

Napori postanejo užitki, veter in dež se spremenita v sonce, potenje, odrekanja in preizkušnje sicer še vedno ostanejo, a če je pred športnikom pot, po kateri jasno vidi cilj, je lažje. Prihodnost se nakazuje v kvantifikaciji vrhunskega športa, kjer so zahteve po primerljivosti vedno večje. Če vam je gibanje le način življenja ali užitek, pa vam lahko sistemi kot je biološka povratna zanka služijo za potešitev radovednosti ali zgolj za fascinacijo nad dejstvom, kako hiter je razvoj znanosti, ki vidi potrebe človeka in jih zna tudi uspešno rešiti. 

VEČ O SISTEMU BIOLOŠKE POVRATNE ZANKE SI LAHKO PREBERETE V DALJŠEM PRISPEVKU.

Prispevek sva pripravili Žana Elizabeta Čeh in Kaja Ravnak.