O muro de escalada inteligente: Possível graças aos sensores multi-eixos e QuantumX da HBM

MACLoC é o acrônimo de Multi-Axis Climbing Load Cells para análise de desempenho em escalada esportiva de uma equipe de pesquisadores e estudantes das Universidades Politécnicas de Turim e Milão. Juntamente com a HBM, o grupo de projeto desenvolveu o protótipo para um novo tipo de parede de escalada “inteligente”, que foi registrado no Escritório Europeu de Patentes. Combinando transdutores de força de múltiplos eixos e um sistema de aquisição de dados QuantumX, a parede fornece aos escaladores informações em tempo real sobre suas forças de contato e o centro de sua massa. Estas informações valiosas sobre a mecânica da escalada permitem melhorias técnicas rápidas em um campo altamente complexo e crescente de esportes.

 

Problema

O MACLoC teve como objetivo coletar insights sobre a mecânica da escalada, a fim de fornecer aos atletas um feedback detalhado sobre o progresso do treinamento e a técnica que está sendo usada. A medição de força nos suportes deve ser precisa, independentemente do ponto de aplicação da força.

Solução

Garras em uma parede de escalada comum eram equipadas com transdutores de força de múltiplos eixos. O processamento de dados em tempo real e as capacidades de análise ao vivo foram obtidos conectando estes sensores com o sistema de aquisição de dados QuantumX.

Resultados

Com a ajuda da HBM, a MACLoC conseguiu desenvolver um sistema inovador de parede de escalada e análise de dados para uma aquisição mais rápida e fácil de técnicas de escalada profissionais e individuais.

Vista do transdutor de força de vários eixos dentro da parede

A equipe de pesquisa MACLoC

A cadeia de medição

Escalada esportiva - um desafio para o corpo e a mente

Escalada em ambientes fechados é um esporte que atualmente está tendendo para o mundo todo e por boas razões; Como a maioria dos esportes, escalar combina vigor e força, tanto física quanto emocional. Por coincidência, os iniciantes hoje acham muito cansativo dominar as técnicas e apertos corretos. Para agarrar as alças corretamente nas paredes de escalada e deslocar o peso corretamente, os esforços combinados de um treinador experiente e de tentativas infinitas são necessários.

Mas e se uma parede em si pudesse dar ao atleta feedback individual sobre seu caminho de aprendizado? Esta “parede de escalada inteligente” é uma criação da equipe de pesquisa MACLoC do Politécnico de Alta Scuola, em Turim e Milão. Com o apoio da HBM e da RGTech, a equipe desenvolveu uma parede de escalada com transdutores de força de múltiplos eixos, capazes de identificar as forças de contato do montanhista e calcular o centro de sua massa em tempo real. Para este propósito, os sensores multieixo foram instalados com strain gauges HBM e conectados ao módulo MX840B sistema de aquisição de dados QuantumX da HBM.

O Papel do Transdutor de Força

Um sensor de força em cada apoio que pode medir as forças ao longo dos três componentes espaciais, normalizado em relação ao peso do alpinista, pode ser a ponte tecnológica entre a técnica esportiva e a potência corporal. Especialmente o conhecimento das quatro forças aplicadas permite traçar a posição do centro de massa do corpo ao longo do caminho para monitorar a distribuição correta da carga. Um caminho de escalada com 10-12-14 apoios inteligentes pode ser usado para analisar a eficiência e a correção dos movimentos do escalador.

Esta síntese pode ser realizada substancialmente de duas formas diferentes: comparando os dados de um atleta amador e profissional, a fim de destacar as diferenças técnicas significativas, ou monitorar as melhorias de um único escalador para mostrar qual gesto ou coordenação corporal causou essa melhora. De fato, escaladores diferentes em um determinado caminho geralmente mostram um comportamento diferente.

"Além do excelente serviço prestado durante os testes e a fase de avaliação do projeto, a grande e versátil oferta de produtos foi outro motivo para trabalhar com a HBM para esta aplicação específica. Eles nos permitiram encontrar uma solução completa para o nosso projeto. Optamos por strain gauges e o módulo MX840B da família QuantumX para desenvolver o protótipo da parede de escalada sensorizada."

Citação do professor Raffaella Sesana, do Departamento de Mecânica e Aeroespacial da Universidade Politécnica de Turim. A parceria entre a HBM e a equipe de engenharia da Alta Scuola Politecnica tem durado mais de três décadas até o momento.

A curva de aprendizado

Quando atletas profissionais são observados, eles tendem a dar a impressão de que eles não estão de todo lutando para completar uma rota de escalada. Pode-se esperar que um alpinista mais experiente use menos força em relação a sua massa corporal em comparação com um iniciante, e o maior desempenho do primeiro não será apenas resultado de uma maior capacidade atlética. Além de uma comparação entre atletas, deve-se notar que o mesmo escalador repetindo uma determinada rota várias vezes também se desenvolverá na força aplicada na parede, mesmo depois de apenas algumas horas de treinamento.

Este fato certamente não se deve a uma melhoria milagrosa da força imediata, mas sim a uma melhor coordenação e postura. Ao medir a evolução de tais desempenhos, pode-se esperar que a força nos eixos diminua com o número de repetições até uma certa assíntota, como a curva de carga de um capacitor. Ao praticar, isso pode ser visto como a curva de aprendizado do alpinista em uma rota específica.

As vantagens do protótipo

Estes dois modos de análise combinados podem levar a muitas outras análises interessantes: comparar a curva de aprendizado de diferentes alpinistas, bem como saber como escaladores experientes executam a rota e aplicar forças em escaladas, pode ajudar treinadores e estagiários no desenvolvimento de programas específicos de treinamento para obter melhores resultados em um curto período de tempo. Apesar das inúmeras vantagens listadas acima, pouco foi feito até agora nesta direção, principalmente devido ao custo de instrumentação de uma parede para o mesmo propósito e também devido a uma certa “resistência” em relação à tecnologia entre escaladores conservadores.

Após o desenvolvimento bem sucedido do protótipo, o modelo foi registrado para patente.

Sobre o MACLoC

MACLoC (Multi-Axis Climbing Load Cells) foi um projeto da Alta Scuola Politecnica no âmbito da 12ª edição da A & T- Automation and Testing Trade Fair em Turim, Itália. Liderados pelos professores Raffaella Sesana e Daniela Maffiodo (ambos DIMEAS, Universidade Politécnica de Turim), bem como Alessandro Colombo (DEIB, Universidade Politécnica de Milão), um grupo de oito alunos desenvolveu uma abordagem baseada em tecnologia para a escalada. O esporte foi escolhido devido à sua crescente popularidade e complexidade. A medição das forças de contato e o cálculo do centro de massa ajudam na compreensão da mecânica de escalada, permitindo assim uma otimização mais rápida das sessões de técnica e treinamento.

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