Analisi del movimento: l`arrampicata sportiva

AIS Lab – Dip. Scienze dell’Informazione – Università degli Studi di Milano
BergamoScienza 2007
Analisi del movimento:
l’arrampicata sportiva
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AIS Lab – Dip. Scienze dell’Informazione – Università degli Studi di Milano
Sommario
• Introduzione
• Acquisizione ed elaborazione dei dati
• Alcuni dati interessanti
• Conclusione e sviluppi futuri
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Alcune domande…
Quale strategia cinematica per il
mantenimento dell’equilibrio?
Quanta forza è necessaria per affrontare
questa via?
Quale effetto hanno incertezze e imprecisioni Quali sono le modalità di apprendimento
sull’efficacia del movimento?
del movimento?
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… Ed alcune risposte
Alcuni autori hanno studiato il movimento in arrampicata:
• 1993 - 1994, Cordier et al.: strategia di apprendimento di
un compito motorio complesso - ottimizzazione
dell’entropia.
• 1997 – 1999, Quaine et al.: problemi di equilibrio e
distribuzione delle forze sugli appoggi per un singolo
movimento.
• 1998, Bourdin et al.: organizzazione delle fasi di
raggiungimento e presa di un appiglio (strategie
anticipatorie).
• 2000 – 2002, Rohrbough et al., Peters et al., Klauser et
al.: infortuni più frequenti.
• 2002, Boschker et al.: riprese con videocamera per lo
studio delle strategie di apprendimento.
• 2006, Noe et al.: strategie posturali anticipatorie su di un
muro a inclinazione variabile.
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Perché studiare il
movimento in arrampicata
F1 mg
F2
-
-
I fratelli Huber in libera
su El Capitan, USA.
-
Studio ed ottimizzazione delle
strategie di apprendimento.
Ottimizzazione
delle
prestazioni.
Prevenzione infortuni (es. Pan
Gullich).
Analisi del sistema di controllo
dell’equilibrio (vista, chiocciola,
…).
Pan Gullich:
allenamento e tendiniti.
• Lo studio del movimento in
arrampicata ha varie finalità:
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• Introduzione
• Acquisizione ed elaborazione dei dati
• Alcuni dati interessanti
• Conclusione e sviluppi futuri
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Obiettivi
• Analizzare i movimenti di un gruppo di atleti non
professionisti;
• Individuare le diverse strategie utilizzate per
risolvere lo stesso problema di arrampicata;
• Individuare le strategie energeticamente più
efficienti;
• Individuare le correlazioni tra i parametri
descrittivi del movimento e le capacità degli
arrampicatori.
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Setup (1)
PERCORSO DI ARRAMPICATA
• A 12 soggetti capaci di arrampicare su difficoltà comprese tra il 4b e il
7b, con esperienza da 1 mese a 25 anni, è stato chiesto di affrontare
un percorso di arrampicata composto da 1 Traverso (3m) + 1 Ascesa
(3m), presso la palestra CAI Ponte S. Pietro; difficoltà del percorso:
4b; le prese e gli appoggi potevano essere scelti liberamente da ogni
arrampicatore, che ha ripetuto il percorso per 5 volte.
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Setup (2)
SISTEMA DI ACQUISIZIONE
Per l’analisi del movimento, è stato utilizzato un sistema di motion
capture a marker passivi, composto da 6 videocamere IR @60Hz,
ciascuna equipaggiata con un flash coassiale; le camere sono collegate
ad un PC tramite 2 hubs.
Il sistema permette di ricostruire il movimento di un soggetto cui sono
stati applicati dei marker in posizioni opportune.
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Setup (3)
MARKERIZZAZIONE DEI
SOGGETTI
• Ad ogni soggetto analizzato
sono stati applicati 12 markers
ai polsi (2x), gomiti (2x), spalle
(2x), anche (2x), ginocchia
(2x), talloni (2x).
• Il modello anatomico risultante
è composto da 12 articolazioni,
12 segmenti.
• Il modello non permette di
rappresentare i movimenti di
mani, piedi e testa.
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Dati acquisiti
Traiettorie tridimensionali dei 12 marker / movimenti del soggetto.
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Cosa calcolare (1)
Una volta acquisiti i dati, questi devono
essere elaborati per estrarre le informazioni
importanti.
Per ogni arrampicatore abbiamo prima di
tutto calcolato la traiettoria del centro di
massa.
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Cosa calcolare (2)
CENTRO DI MASSA
• E’ il punto nel quale si può
pensare che sia concentrata
l’intera massa del soggetto
(~baricentro).
• La sua posizione dipende dalla
dislocazione di tutti i segmenti
corporei.
• A riposo, si trova all’incirca
poco sopra il bacino.
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Cosa calcolare (3)
A partire dalla traiettoria del centro di massa,
abbiamo calcolato diversi parametri utili
per fornire una descrizione quantitativa del
movimento.
Il primo di questi parametri è l’entropia del
centro di massa, che descrive il livello di
disordine della traiettoria.
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Cosa calcolare (4)
ENTROPIA
Centro di massa
(Cordier, 1993-94; Boschker, 2002)
• Una misura del “disordine”
della traiettoria:
Convex
⎛ 2 ⋅ LP ⎞
H = ln⎜
⎟
⎝ c ⎠
hull
• LP: lunghezza del percorso del
centro di massa;
• c: perimetro del convex hull
attorno al centro di massa.
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Cosa calcolare (5)
ia
op
tr ta
En al
ia
op
t r dia
En me
ia
op
t r sa
En bas
Una
traiettoria
“ordinata”
è
associata
ad
un’entropia bassa;
Una
traiettoria
“disordinata”
è
associata
ad
un’entropia alta.
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Cosa calcolare (6)
A partire dalla traiettoria del centro di massa, abbiamo calcolato altri
parametri utili per fornire una descrizione quantitativa del
movimento:
Velocità assoluta media del centro di massa: questo parametro descrive
la velocità di spostamento dell’arrampicatore, che è legata alla
programmazione del movimento da parte dell’arrampicatore stesso;
Accelerazione assoluta media del centro di massa: l’accelerazione è
proporzionale all’energia impiegata durante l’arrampicata; maggiore
è l’accelerazione assoluta media, maggiore è il dispendio energetico;
Numero medio di appigli / appoggi utilizzati: il numero di
appigli/appoggi utilizzati è strettamente legato con la capacità di
controllo dell’equilibrio; un arrampicatore che utilizza almeno tre
appoggi/appigli è in equilibrio, mentre un numero inferiore di
appoggi/appigli corrisponde ad una situazione di equilibrio precario.
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• Introduzione
• Acquisizione ed elaborazione dei dati
• Alcuni dati interessanti
• Conclusione e sviluppi futuri
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Alcuni dati interessanti
• Entropia,
velocità
assoluta
media,
accelerazione assoluta media del centro di
massa e numero medio di appoggi/appigli
utilizzati sono riportati per l’intero gruppo
di 12 arrampicatori e, più in dettaglio, per i
soggetti #4 e #6, i quali adottano due
strategie opposte nell’affrontare lo stesso
percorso di arrampicata.
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Entropia
Traiettoria
ordinata.
Il climber #4 arrampica con
un’entropia minima rispetto
al resto del gruppo.
Per il climber #6 si registra
invece l’entropia massima.
Traiettoria
disordinata.
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Velocità
• Gruppo
• Climber #4
• Climber #6
: 0.20 ± 0.12 m/s
: 0.17 ± 0.09 m/s
: 0.24 ± 0.12 m/s
Il climber #4 è il più
lento del gruppo.
Il Climber #6 è il più
veloce del gruppo.
Nel modo di arrampicare del
climber #6 non è presente
alcuna strategia di
programmazione del
movimento.
Il climber #4 impiega del
tempo per programmare il
movimento.
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Accelerazione (e
panini…)
• Gruppo
• Climber #4
• Climber #6
Per il climber #6,
l’accelerazione è
massima.
: 1.39 ± 1.29 m/s2
: 1.02 ± 0.96 m/s2
: 1.56 ± 1.67 m/s2
Per il climber #4,
l’accelerazione è
minima rispetto al resto
del gruppo.
• Spesa energetica (a pari massa corporea):
– Climber #4:
– Climber #6:
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Numero di appoggi /
appigli
• Gruppo
• Climber #4
• Climber #6
: 3.00 ± 0.22
: 3.05 ± 0.02
: 2.82 ± 0.19
Il climber #6 utilizza in media
meno di 3 punti di appoggio.
L’equilibrio del climber #6 è
precario.
Il climber #4 muove un
solo arto per volta.
Il climber #4 è sempre in
condizioni di equilibrio.
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• Acquisizione ed elaborazione dei dati
• Alcuni dati interessanti
• Conclusione e sviluppi futuri
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Due diverse strategie
(climber #4 vs. climber #6)
Velocità
Entropia
3
0.4
2.5
0.35
0.3
2
Gruppo
Climber #4
1.5
Climber #6
1
0.25
Gruppo
0.2
Climber #4
0.15
Climber #6
0.1
0.5
0.05
0
Entropia - Piano frontale
Entropia - Piano sagittale
0
Entropia - Piano
trasversale
Velocità [m/s]
Accelerazione
Numero appigli / appoggi
3.5
3.3
3
3.2
3.1
2.5
3
2
Gruppo
Climber #4
1.5
Climber #6
1
Gruppo
2.9
Climber #4
2.8
Climber #6
2.7
0.5
2.6
0
-0.5
Accelerazione [m/s2]
2.5
Numero di appoggi / appigli
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Due diverse strategie
Climber #4
Climber #6
• Muove un solo arto per volta
(equilibrio costante);
• Il centro di massa segue una
traiettoria
lineare
(movimenti
coordinati – basso dispendio
energetico);
• Bassa velocità (programmazione
dei movimenti).
• Muove più di un arto per volta
(equilibrio precario);
• Il centro di massa oscilla spesso
(traiettoria disordinata – alto
dispendio energetico);
• Alta
velocità
(bilanciamento
dell’equilibrio
precario
–
improvvisazione).
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Conclusione
• Nei 12 soggetti analizzati, ed in particolare nei soggetti #4 e #6, sono state
identificate due diverse strategie per affrontare lo stesso percorso di
arrampicata;
– Climber #4 (10 anni di esperienza, difficoltà max 7b):
• Entropia, velocità e accelerazione (dispendio energetico) del centro
di massa minime;
• Numero di appigli/appoggi massimizzato.
– Climber #6 (2 anni di esperienza, difficoltà max 6b):
• Entropia, velocità e accelerazione (dispendio energetico) del centro
di massa massime;
• Numero di appigli/appoggi minimo.
• La strategia seguita dal climber #4, cioè quello con maggiore esperienza e
maggiore capacità tecnica, è energeticamente più efficiente.
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Limiti e sviluppi futuri
LIMITI DELL’APPROCCIO
SEGUITO
SVILUPPI FUTURI
• L’approccio seguito per l’analisi
del movimento in arrampicata
presenta alcuni limiti: l’analisi
approfondita del movimento è
stata effettuata su due soli
soggetti; l’analisi stessa è stata
riferita al solo centro di massa e
non al movimento di tutti i
segmenti corporei dei soggetti;
inoltre, è stata effettuata
un’arrampicata su un percorso
a prese libere, il che ha
introdotto della variabilità non
controllabile sui dati misurati.
• In futuro, verrà eseguita
l’analisi
approfondita
del
movimento su due gruppi
diversi (esperti vs. principianti);
verrà
effettuata
l’analisi
cinematica
“completa”
(includendo i vari segmenti
corporei)
del
movimento,
misurato questa volta su un
percorso
di
arrampicata
obbligato; si potranno poi
usare delle prese sensorizzate
per studiare la distribuzione
delle forze oltre che il
movimento degli atleti.
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I fratelli Huber in… Volo su El Capitan, USA.
Bibliografia
F. Sibella, I. Frosio, F. Schena, N. A. Borghese, 3D analysis of the
body centre of mass in rock climbing, Human Movement
Science, in press.
F. Sibella, I. Frosio, N. A. Borghese, F. Schena, 3D analysis of the
body center of mass in rock climbing, in Proc. ISBS 2006,
Innsbruck, Austria.
F. Sibella, I. Frosio, B. Zappa, N. A. Borghese, Experimental
protocol for the analysis of basic rock climbing movements,
Proc. Mountain & Sport International Congress, Rovereto (Tn), Italy,
11-12 November 2005, pp. 55.
I. Frosio, D. A. Di Pietro, F. Sibella, B. Zappa, N. A. Borghese, La
ricerca biomeccanica e l’arrampicata, Le Alpi Orobiche, Dic.
2004, pp. 4-5.
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AIS Lab – Dip. Scienze
dell’Informazione – Università
BergamoScienza
2007degli Studi di Milano
Analisi del movimento in montagna
Evento organizzato da:
AIS-Lab.
(Dip. Scienze dell’Informazione,
Università degli Studi di Milano,
I. Frosio, N. A. Borghese)
CAI Bergamo
In collaborazione con:
CeBiSM
(F. Schena)
Università degli Studi di Padova, Dip. Ing. Meccanica
(N. Petrone)
12 Ottobre, ore 20:30
Palamonti,
Palamonti, Bergamo
Workshop: Analisi del movimento in montagna
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