Elementi di Biomeccanica Valentina Becchi

Istituto di Medicina e Scienza dello Sport “Antonio Venerando” - CONI, Roma

… La rigida esattezza delle divisioni e delle delimitazioni del campo, unita al fatto che – a parte vento ed effetti più anomali –

le palle possono viaggiare solo in linea retta, fa sì che il tennis da manuale non sia altro che geometria piana.

… È come giocare a scacchi correndo”.

“I risultati hanno mostrato che, per tutti gli allenatori, la probabilità complessiva di ricordare correttamente tutti gli eventi critici osservati è stata di circa il 42%”. I.M. Franks, G. Miller, (1986): Eyewitness testimony in sport. Journal of Sport Behavior, 9,39-45.

…David Foster Wallace Tennis, Trigonometry, Tornadoes.

Harper’s Magazine, 1991

Fisiologia e Nutrizione

Aspetti Biomeccanici

Aspetti medici preventivi

Medicina dello Sport

Aspetti Tecnologici

Aspetti neuro - psicologici

Analisi Notazionale - analisi del movimento - tattica - tecnica - archiviazione dati - didattica, formazione

Modelli di Prestazioni

Issue 24, July 2001

Valutazioni Biomeccaniche

E. Muybridge: Animal Locomotion , 1887

M. Crespo, M.Reid M. (2003) fonte: DartFish TV

M. Hughes, I.M. Franks (2007) The Essentials of Performance Analysis. Routledge, Londra

A. Lees, D. Cabello,G. Torres: (2008) Science and Racket Sports Routledge Chapman & Hall Londra

ITTF International Journal of Table Tennis Sciences

www.ittf.com

Sds – Rivista di Cultura Sportiva

ITF Coaching & Sport Science

Review www.itftennis.com

PW corsi IV Livello CONI SdS – FIT

International Journal of Performance Analysis in Sport

Super Tennis Magazine www.federtennis.it/Magazine.asp

le FONTI…

Scopo del Progetto

Uso di apparecchiature al fine di rispondere alle domande poste dal tecnico

L’Analisi Notazionale

“E’ il processo di registrazione ed analisi dei movimenti dei giocatori durante il gioco; è ampiamente applicato agli sport di racchetta.

I dati sono relativi a posizioni, azioni, tempo ed esito degli eventi di gioco.

Di conseguenza, l‘Analisi Notazionale è caratterizzata da una quantità straordinariamente grande di dati”.

A. Lees (2003): Science and the major racket sports: a review. Journal of

Sports Sciences, 21, 707–732

M. Hughes, et al (2007): The evolution of computerised notational analysis through the example of racket sports. International Journal of Sports Science & Engineering, 1, pp 03-28

www.hawkeyeinnovations.co.uk

Strumenti e Metodi per l’Analisi Notazionale

GPS

Video Software

www.hawkeyeinnovations.co.uk

J. Ito - SONY Corporation (2002). The filming of Table Tennis. International Journal of Table

Tennis Sciences, No.12

H. Hazuan et al. (2010) Validation of Match Notation (A Coding System) in Tennis. Journal of Quantitative Analysis in Sports: Vol. 6: Issue 3, Article 11

Strumenti e Metodi per l’Analisi Notazionale

Strumenti e Metodi per l’Analisi Notazionale

C. L. Ming et al. (2008) Time Motion and Notational Analysis of 21 Point and 15 Point Badminton Match Play. International Journal of Sports Science and Engineering. Vol. 02 ,No. 04, pp. 216-222.

M. Katsikadelis et al (2010). Comparison of Rally Time in XXIX Beijing (2008) and XXVIII Athens (2004) Olympic Table Tennis Tournaments. International Journal of table tennis sciences nr.6 pag. 55-9.

Takahashi, H. et al (2008). An analysis of the time duration of ground strokes in grand slam men's singles using the computerised scorebook for tennis. International Journal of Performance Analysis in Sport, 8(3), 96-103.

Il GPS è un sistema di posizionamento terrestre che ci

consente di rilevare la velocità di un corpo rilevando gli

spostamenti del corpo nello spazio e il tempo

La posizione di un corpo viene calcolata tramite un processo di trilaterazione.

Sistemi GPS

Sistemi GPS

• necessità cielo libero

LIMITI:

• precisione (1 m)

• frequenza campionamento

Il radar è un sistema elettronico capace di localizzare oggetti e determinarne distanza, velocità, forma e dimensioni, sfruttando le proprietà di propagazione delle onde radio.

Radar

Il funzionamento del radar si basa sull’effetto doppler.

LIMITI: • Precisione • Interferenze • Necessità di memoria esterna

Radar

I. Malagoli Lanzoni, R. Lobietti, F. Merni (2010) Footwork in Relationship with Strokes and Efficacy during the 29th Olympic Games Table Tennis Final. International Journal of Table Tennis Sciences, No.6

Gregor Kuntze, William I. Sellers and Neil J. (2009) Bilateral ground reaction forces and joint moments for lateral sidestepping and crossover stepping tasks. Journal of Sports Science and Medicine 8, 1-8

O. Girard, F. Eicher, JP Micallef, G. Millet (2010): Plantar pressures in the tennis serve. Journal of Sports Sciences, 28:8, 873-880

da: Sprigings, E., Marshall, R., Elliott, B., Jennings, L. (1994). A 3-D kinematic method for determining the effectiveness of arm segment rotations in

producing racket head speed. Journal of Biomechanics, 27, 245–254.

ROVESCIO: 1. preparazione 2. angolo di separazione 3. caduta verticale 4. rilascio mano sinistra 5. movimento esterno obliquo 6. movimento orizzontale 7. inizio rotazione esterna spalla 8. impatto 9. rotazione esterna spalla 10. finale

DIRITTO: 1. preparazione 2. angolo di separazione 3. inizio movimento in avanti 4. caduta verticale 5. LRP (punto più lontano racchetta) 6. azione di trascinamento 7. massimo momento angolare 8. impatto 9. finale

Esempio schematizzazione dei fondamentali:

Valutazioni Biomeccaniche

PC Workstation

24 Telecamere Infrarosso

Marker Passivi

Cinematica 3D

PC Workstation

24 Telecamere Infrarosso

Set di prova

Cinematica 3D

K. Yoshida et al. (1997) Three-dimensional analysis of a forehand flick stroke in table tennis. Biomechanics of Human Movement, 13th Japanese Society of Biomechanics Conference, 318-323.

R. Rodano et al. (1991) Cinematica nel Tennistavolo. SdS Rivista di Cultura Sportiva, Anno X, nr 21

M. Brocchi, S. Sbardellati (2004). Analisi biomeccanica del servizio. PW IV Livello SdS - FIT

K. Sørensen (2010): A Biomechanical Analysis of Clear Strokes in Badminton. Master Thesis, Aalborg University

Cinematica 3D

LIMITI: • costi • montaggio, alimentazione • interferenze esterne (luce

solare) • calibrazione

Cinematica 3D

Pocket EMG

Free EMG

Sistema elettromiografico

Sistema elettromiografico

• Analizzare l’attività muscolare, andando a stabilire una correlazione qualitativamente positiva tra ampiezza del segnale elettrico e la forza generata dal particolare muscolo durante lo svolgimento dell’esercizio

Sistema elettromiografico

• Definire la sequenza di attivazione temporale dei muscoli interessati allo sforzo

LIMITI:

• Cavi

• Costi

• Pelle pulita • Interferenze esterne (segnali

wireless)

Sistema elettromiografico

Piattaforma inerziale

Si basa sulla rilevazione dell‘inerzia di una massa quando viene sottoposta ad una accelerazione.

In presenza di un'accelerazione, la massa (che è dotata di una propria inerzia) si sposta dalla propria posizione di riposo in modo proporzionale all'accelerazione rilevata.

La massa viene sospesa ad un elemento elastico, mentre un sensore ne rileva lo spostamento rispetto alla struttura fissa del dispositivo.

Il sensore trasforma questo spostamento in un segnale elettrico acquisibile dai moderni sistemi di misura.

Piattaforma inerziale

Piattaforma inerziale

VANTAGGI

- Costo contenuto

- Indossabili in quanto di peso e dimensioni ridotte

- Alcuni modelli non richiedono il collegamento via cavo

Piattaforma inerziale

SVANTAGGI

-Difficoltà interpretazione dati

- I dati prodotti sono fortemente influenzati dalla posizione in cui è applicata la piattaforma

- Possono risentire di effetti di deriva del segnale

Esempi di integrazione dati

- acc. schiena - acc. polso

T. Jaitner, W. Gawin (2007): Analysis of Badminton smash with a mobile measure device

based on accelerometry. XXV International Symposium on Biomechanics in Sports, Brazil

Acc

eler

azio

ne (m

/s^2

)

Andamento delle Frequenze Piede Dx Andamento delle Frequenze Piede Sx

Interazione Cinematica-Dinamica

Solette Baropodometriche

Tipi di Sensori:

•Sensori capacitivi: al variare della pressione varia la capacità.

•Sensori resistivi: al variare della pressione varia il valore della resistenza.

•Sensori ad inchiostro o polimeri: sfruttano le capacità conduttive di inchiostri o polimeri.

Solette Baropodometriche

Solette Baropodometriche

- La distribuzione delle pressioni plantari

- La variazione della posizione del Centro di Pressione (CoP) - La componente normale alla superficie di applicazione della forza

Matrice di sensori: Spessore sensori 1.9mm Numero di sensori 84-99 Range di pressione 15–600kPa Isteresi < 7% Risoluzione 2.5kPa

Solette Baropodometriche

VANTAGGI SVANTAGGI

- Facile utilizzo - Richiedono una taratura

- Facilmente trasportabili e quindi utilizzabili anche all’esterno

- Versatilità d’uso

- Costi(????)

- Misure poco accurate

- Fragilità meccaniche dei sensori

Solette Baropodometriche

Pedane Dinanometriche

La misura può essere realizzata avvalendosi di due principali sistemi di trasduzione alternativi:

Estensimetrico: misura della variazione della resistenza elettrica del sensore causata da fenomeni di compressione o trazione.

Piezoelettrico: misura della polarizzazione elettrica per effetto di deformazione meccanica applicata a particolari materiali (es. cristalli di quarzo).

Solette Baropodometriche

Diverse configurazioni e topologie di sensori permettono la misura di tutte e/o alcune grandezze cinetiche: forze e/o momenti delle forze.

FX FY FZ MX MY MZ

Solette Baropodometriche

Dalle grandezze cinetiche misurate viene ricavata la posizione del cosiddetto Centro di Pressione (COP): punto di applicazione del vettore forza corrispondente alla reazione vincolare del suolo. Rappresenta una

media pesata delle pressioni sulla superficie di contatto con il suolo.

Coordinate del CoP:

Xcop= My/Fz Ycop= -My/Fz

Determinazione del CoP

Coordinate del CoP:

Xcop= My/Fz Ycop= -My/Fz

VANTAGGI SVANTAGGI

- Ricostruzione 3D della dinamica

- Costo elevato e necessità di calibrazione periodica (complessa)

- Misure molto accurate

- Versatilità d’uso - Scarsa utilizzabilità per prove sul campo - Nessuna informazione sul movimento dei singoli arti (nel caso se ne utilizzi una sola)

L.M. Chen , Y.H. Pan, Y.J. Chen (2009) A study of shuttlecock’s trajectory in Badminton. Journal of Sports Science and Medicine 8, 657-662

le Palline

Telecamera 1.200 fps

F. Yamamoto et al (2010) High-Speed Video Image Analysis of Air Flow around a Table Tennis Ball. International Journal of Table Tennis Sciences, No.6

Y. Tsuji et al (2002) Numerical simulation of motion of Table

Tennis ball. Effect of ball diameter. International Journal of

Table Tennis Sciences, No.4

Segun, G., Toriola, A. L. (2002). ITTF longer reach table tennis experiments: does a longer table promote more rallies and physical fitness? International Journal of Table Tennis Sciences No.5

A. Dell’Aversana, et al.(2007). Presentazione di un metodo innovativo per l’allenamento dell’equilibrio nei giovani tennisti. PW IV livello CONI - SdS - FIT

H. Brody (2006) Unforced errors and error reduction in tennis. Br. J. Sports Med.;40;397-400

M. Kondrič et al. (2006) Mioelectric comparison of table tennis

forehand stroke using different ball sizes. Acta Univ. Palacki Olomuc, Gymn. vol. 36, no. 4

T. Takeuchi, T. et al (2002) The effect of the 40mm diameter ball on table tennis rallies by elite players.

International Journal of Table Tennis Sciences No.5

fonte: www.itftennis.com/technical/equipment/introductoryballs

10 anni 8 anni 6 anni

Mezzi facilitanti

T. B. Allen et al. (2011). Effect of tennis racket parameters on a simulated groundstroke. Journal of Sports Sciences, 29(3): 311–325

M. Kwan, J. Rasmussen (2010): The importance of being elastic: Deflection of a Badminton racket during a stroke. Journal of Sports Sciences, 28(5): 505–511 Racchette

S.M. Nesbit et al (2008). The effects of racket Inertia tensor on elbow loadings and

racket behavior for central and eccentric impacts.

Journal of Sports Science and Medicine 5, 304-317

Una volta incollato l’estensimetro viene collegato al circuito di lettura e ricoperto di uno strato protettivo

Gli estensimetri elettrici sono costituiti da una o più griglie di conduttore filiforme disposti su un supporto che viene incollato al materiale da testare. L’estensimetro è ovviamente anche isolato elettricamente dal materiale sottostante

Estensimetri

VANTAGGI • dimensioni ridotte • misure precise • alta sensibilità SVANTAGGI

sensibili a: • sollecitazioni 3D • temperatura • vibrazioni • isteresi

Estensimetri

W. K. Heisenberg: Principio di Indeterminazione (1927) Per poter determinare con precisione la posizione e la velocità di un corpo in movimento è necessario non modificare il fenomeno da studiare con la nostra osservazione

La strumentazione ed il laboratorio “disturbano” il gesto? Che errore si è disposti ad accettare nella misura?

Interdipendeza tra Osservatore ed Osservato

pendolo semplice CAVIGLIA

pendolo composto ANCA

Perturbazioni biomeccaniche: variazione superfici di appoggio dei piedi traslazioni – rotazioni movimenti volontari di segmenti corporei spinte di anca, sterno, ecc.

Perturbazioni del sistema vestibolare: stimoli acustici

inclinazioni canali vestibolare desensibilizzazione vestibolare (freddo)

labirinto

un modello per lo studio dell’equilibrio: il PENDOLO INVERSO S.C. Nicholas, D.D. Doxey-Gasway, W.H. Paloski (1998).

A link-segment model of upright human posture for analysis of head-trunk coordination. Journal of Vestibular Research 8, 187–200.

R. Johansson., M. Magnusson, M. Akesson, M. (1988). Identification of human postural dynamics. IEEE Transactions on Biomedical Engineering 35, 858–869.

Ringrazio tutti per la cortese attenzione…

…e auguro a tutti buon pomeriggio!!!