Van windtunnels tot rugbynoppen: de nieuwste sportinnovaties in beeld | Alles over sport

Van windtunnels tot rugbynoppen: de nieuwste sportinnovaties in beeld

Artikel

geplaatst op: 1 september 2016

In de zomer van 2016 kwamen de topinnovators uit de sportwereld samen aan de TU Delft. Tijdens deze ISEA conferentie presenteerden sportengineers van over de hele wereld hun resultaten. Topsport Topics en Kenniscentrum Sport haalden 10 onderzoekers voor de camera met de vraag: wat houdt jouw onderzoek in, en wie in Nederland heeft daar wat aan?

Kenniscentrum Sport bezocht het congres op zoek naar uitvindingen die voor een grote groep mensen geschikt zijn. Onderzoek dat meer mensen overal op de wereld in staat stelt om te sporten en te bewegen en dat daarbij de best mogelijke ondersteuning biedt. Op de vraag wat de beste sportinnovatie is, antwoorden de onderzoekers spontaan: de klapschaats, het hartslaghorloge, sensoren en betere rolstoelen voor sporters met een beperking. In dit artikel zoomen we in op sensoren, materiaalverbeteringen en fietsen. Tot slot ligt de Zwitser Robert Riener toe wat hij voor ogen heeft met de Cybathlon in oktober dit jaar.

Realtime prestatiefeedback via sensoren

Meetapparaten om snelheid, frequentie of hartslag te meten bestaan al langer. Nieuw is dat deze sensoren steeds kleiner worden en dat de coach de metingen direct kan raadplegen op een tablet. Zodat hij/zij vervolgens de atleet ook direct en gerichte aanwijzingen kan geven. Drie voorbeelden uit de zwem-, snowboard- en schaatswereld.

1. Sportinnovaties bij zwemmen

Jeroen Lecoutere, PhD researcher, KU Leuven: Binnen een jaar staan zwemcoaches niet meer met een stopwatch langs het bad om de trainingstijden van hun zwemmers bij te houden. Hij en zijn collega’s ontwikkelden een klein apparaatje dat zeer betrouwbaar het type slag, de zwemtijden, de slagfrequentie en het aantal banen meet. De zwemmers dragen het apparaatje onder een badmuts of elastiek van een zwembril. Het is 1,6 cm lang en 1,2 cm dik en niet onbelangrijk: de batterij gaat uren mee. De ontwikkeling gaat echter zo snel, vooral in het verkleinen van de batterij, dat het apparaatje in de toekomst nog kleiner zal zijn. De zwemmers ondervinden er nu al geen last van tijdens het zwemmen, iets wat voor de bruikbaarheid in de praktijk essentieel is.

Het is natuurlijk mooi dat dit apparaat eenvoudig betrouwbare metingen uitvoert bij de zwemmer, maar deze gegevens moeten ook direct terug te koppelen zijn naar de coach. Dat kan via bluetooth naar bijvoorbeeld een tablet, aldus Lecoutere die verwacht dat het binnen een jaar in praktijk gebracht wordt. Het is voor coaches straks dus een stuk eenvoudiger om hun zwemmers vanaf de badrand te volgen. Zij kunnen zich dan richten op bijvoorbeeld het bijsturen van de techniek in plaats van steeds op hun stopwatch te kijken.

2. Sportinnovaties bij snowboarden

Benjamin Moeyersons, onderzoeker, KU Leuven: Het is vanaf nu mogelijk om tijdens het snowboarden betrouwbare, objectieve en directe signalen te krijgen via sensoren in de schoenen. Beginnende snowboarders staan vaak teveel op hun achterste voet, wat bochten maken lastig maakt. Het zou voor zowel de leraar als de snowboarder fijn zijn als ze een seintje kregen op het moment dat zij meer op hun achterste voet dan op hun voorste voet staan, zodat ze kunnen bijsturen. Tot op heden is er alleen feedback van een leraar die af moet gaan op wat hij van veraf ziet en die feedback is subjectief. De sensoren die Moeyersons en zijn collega’s aanbrachten in de schoenen, geven feedback aan de snowboarder door middel van een trilling in de voorste voet. Hetzelfde signaal komt via een mobiele telefoon binnen bij de leraar. Zo kan een snowboarder eenvoudiger zijn techniek bijschaven.

Moeyersons – zelf freestyle snowboardleraar – ziet mogelijkheden voor de topsport. Zo is het in een “halfpipe” essentieel dat een snowboarder de krachten op een bepaalde manier over de voeten verdeelt, bijvoorbeeld bij een afzet voor een sprong. Nu is een trainer afhankelijk van videobeelden en kijkt hij vanaf een afstand. Deze nieuwe methode kan in de toekomst bijdragen aan het optimaliseren van een training en daarmee uiteindelijk de prestatie.

3. Sportinnovaties bij schaatsen

Eline van der Kruk, PhD student, TU Delft: Schaatsen is een geavanceerd samenspel tussen krachten, hoeken en timing. Een schaatser kan nog zo sterk zijn – als hij niet in de goede hoeken op het juiste moment zijn kracht levert, zal hij nooit hard gaan schaatsen. Van der Kruk testte een apparaatje (IMU) op het ijs. Doel was uitzoeken of deze IMU heel precies de hoek kan bepalen van de schaats ten opzichte van het ijs. Deze hoek is van essentieel belang om zo optimaal mogelijk de kracht over te brengen op het ijs. Het blijkt dat de IMU prima in staat is betrouwbaar te meten en directe feedback aan schaatser en trainer te geven die zo kunnen bijsturen.

De IMU is aan de schaats bevestigd en de schaatser ondervindt er geen hinder van tijdens het rijden. Dit apparaatje geeft de gegevens door aan bijvoorbeeld de tablet van de trainer aan de kant van de baan. Daarnaast kan de schaatser direct feedback krijgen via bijvoorbeeld Google glasses. Naast hoeken meten, is de IMU ook in staat om slagfrequentie, slaglengte en contacttijd van de schaats op het ijs te bepalen. Van der Kruk voert dit onderzoek uit samen met collega’s van VU Adam, KNSB, Innosportlab Thialf.

Innovaties in materiaal en product

Hoe zorg je ervoor dat een kano, roeiboot, zeilboot, of groot schip minder weerstand heeft en zich daardoor sneller en efficiënter voortbeweegt? TU Delft doet onderzoek naar speciale coatings op de boot. Een heel ander vraagstuk betreft letsels die sporters oplopen door een potje rugby. De noppen onder de schoenen veroorzaken gemene snijwonden. In een laboratorium wordt getest welk materiaal geschikt is voor de noppen, maar minder blessures veroorzaakt. Deze vinding kan natuurlijk ook worden toegepast op voetbalschoenen.

Coat je boot

Arnoud Greidanus, PhD researcher, TU Delft: De snelheid van een roeiboot is niet constant en dit betekent dat er meer werveling ontstaat in het water rond de boot. Deze werveling zorgt ervoor dat de boot snelheid verliest. Als de snelheidsfluctuatie van de roeiboot met iets meer dan de helft afneemt, neemt de snelheid van de boot met 1,6% toe, zo blijkt uit onderzoek van Greidanus. Het is lastig om een boot minder te laten variëren in snelheid, dus dan is de vraag of de wervelingen in het water op een andere manier te verminderen zijn.

Greidanus en zijn collega’s onderzochten of speciaal materiaal aan de buitenkant van de boot deze wervelingen kan verminderen. Uit metingen in een laboratorium blijkt dat een ribbelachtige coating op een roeiboot inderdaad een positieve invloed heeft op de snelheid. Deze nam namelijk in de laboratoriummetingen toe met 0,9%. Dat is een aanzienlijke winst als het gaat om roeiprestaties op een baan van 2 kilometer die ongeveer zes minuten duren. In dat geval zou een boot ongeveer 3,5 seconden sneller bij de finish zijn.

Bodil Oudshoorn, PhD student, Centre for Sports Engineering Research TU Delft: Noppen onder de schoenen veroorzaken zes procent van alle blessures (vooral snijwonden) in rugby. Rugby wordt steeds populairder: het aantal leden van rugbyclubs steeg sinds het WK in september 2015 met maar liefst 16%. Met die populariteit stijgt ook het aantal blessures. Tel daarbij op de miljoen voetballers in Nederland die wekelijks op hun noppenschoenen in actie komen.

Al die blessures zijn onnodig, vond onderzoeker Oudshoorn. De materiaalkeuze voor de noppen is bepalend om dit soort blessures te voorkomen. Testen met alternatieve rugby noppen zijn volop bezig. Doel is dat voetballers en rugbyers veel minder vaak het veld af hoeven met snijwonden als zij de nieuwe noppen onder hun schoenen hebben geplaatst.

Over veilig fietsen mét en zonder wind

Nederland kent met 19 miljoen (bruikbare) fietsen de hoogste fietsdichtheid van de hele wereld. We hebben zelfs 1,1 fiets per inwoner. Helaas gaat fietsen gepaard met ongevallen. In 2014 werden 78.000 slachtoffers behandeld op Spoedeisende Hulp. Het betrof voor de helft een gewone fiets. Slachtoffers jonger dan 60 jaar bevinden zich wat vaker op een race- of sportfiets en ouderen op een elektrische fiets. Arend Schwab onderzoekt in Delft met welke fiets en met welke houding de kans op een fietsongeval kleiner wordt.

Voor met name profwielrenners speelt aerodynamica een grote rol: hoe fiets je in een groep en zorg je dat dat zo weinig mogelijk energie kost, maar wel zo hard mogelijk gaat? Of welke houding is optimaal tijdens het fietsen van een tijdrit? In windtunnels bij TU Delft, maar ook in Zweden, Australië en België, wordt de werkelijkheid nagebootst en uitgezocht hoe windstromen van invloed zijn op de renner. De conclusies zijn ook bruikbaar voor de toerfietser die op zondag over de Afsluitdijk fietst, of de scholier die vijf dagen in de week de tocht naar school per fiets aflegt.

Veilig fietsen

Arend Schwab, Bicycle Dynamics Lab TU Delft: Schwab houdt zich al 15 jaar bezig met fietsonderzoek. Op dit moment onderzoekt hij in het fietslaboratorium hoe je je fiets makkelijker in balans houdt. Zo kan een fiets bij extreme zijwind tegenwoordig automatisch een beetje tegen de wind insturen, om zo de kans op een omwaaiende fietser te verkleinen. 

Ook topwielrenners maken gebruik van zijn expertise. Hij onderzocht bij een professionele wielerploeg hoe een wielrenner het best kan afdalen. Dit deed hij door overal sensoren op de fiets en de wielrenner te plakken, die een volledig beeld gaven van onder andere de versnellingen en het remgedrag. Hieruit bleek dat een wielrenner zo laat mogelijk moet remmen en dan wel heel krachtig moet remmen. In dat geval verliest hij de minste tijd.

Aerodynamica in een groep

Nathan Barry, Cycling Sports Group Monash Univerity Melbourne: Wist je dat niet alleen de wielrenner die in het wiel van de koploper zit voordeel heeft van het zogenoemd uit de wind fietsen? Ook de wielrenner op kop heeft er voordeel van dat iemand in zijn wiel zit. De weerstand die hij ondervindt is 2% lager dan wanneer er niemand achter hem fietst.

Het blijft echter veel voordeliger om achter de rug van de koploper te kruipen, daarmee is de weerstand met maar liefst 40% te verminderen. Dit komt doordat de luchtstromen achter de voorste wielrenner en voor de tweede wielrenner veranderen. Dit gegeven toonde Barry aan. Nog niet duidelijk is hoe die interacties van luchtstromen precies verlopen bij fietsende wielrenners. Barry probeert dit op dit moment met windtunneltests in kaart te brengen.

Sporters tegen de wind

Bert Celis, Flanders’ Bike Valley: Een windtunnel kan de nodige informatie geven over de aerodynamica van wielrenners. Bijvoorbeeld over het optimaliseren van de aerodynamische houding en het effect van de kleding die de fietsers dragen. Celis ontwikkelde in overleg met – en steun van – universiteiten en wielerfabrikanten een splinternieuwe windtunnel in Vlaanderen.

In deze tunnel is het mogelijk om via geavanceerde meetapparatuur exact de luchtstroom in kaart te brengen door onder andere met fel licht op verdampte oliedruppeltjes te schijnen. Deze verdampte druppeltjes volgen de luchtstroom en met behulp van het licht is de luchtstroom exact in kaart te brengen. De windsnelheid in de nieuwe tunnel is op te voeren tot 108 km/u. Daardoor kunnen onderzoekers ook situaties nabootsen van sporters die zeer hoge snelheden bereiken, zoals alpineskiërs.

Regenpakonderzoek

Andrey Koptyug, professor, Mid Sweden University: Aan de universiteit van Mid Sweden kan, evenals in Nederland, Sporttechnology worden gestudeerd. Professor Koptuyg is trots op de professionele windtunnel die wetenschappers voor diverse onderzoeken kunnen gebruiken. De windtunnel meet 2,7m in de breedte en is 7m lang. Hij heeft een dubbele loopband en er kan worden getest met regen en wind. Zo heeft Koptuyg regenpakken voor kinderen getest. De conclusie was: koop geen regenpak met ingenaaide reflectorstrips, want daar gaat het pak het eerste lekken in de regen.

Robot technologie voor mensen met protheses

Robert Riener, professor, ETH Zurich: Riener organiseert dit jaar een zogenoemde “Cybathlon” in Zürich om de ontwikkeling van onder andere protheses te stimuleren. Tijdens deze Cybathlon moeten patiënten/deelnemers met bijvoorbeeld een onderbeenprothese verschillende hindernissen nemen. Het is de bedoeling dat protheses niet alleen een standaardbeweging kunnen uitvoeren zoals tijdens lopen, maar dat zij kunnen reageren op de omgeving. Dit kan door een prothese sensoren te geven waardoor er een soort robotbeen ontstaat.

Een trap op en af lopen wordt eenvoudiger als een onderbeenprothese “voelt” hoeveel kracht hij moet leveren of opvangen. Door sensoren te gebruiken die gekoppeld zijn aan nog werkende spieren is een prothese bovendien aan te sturen. Met de organisatie van de Cybathlon hoopt Riener dat universiteiten en bedrijven tijd en geld vrijmaken om het gebruik van intelligente protheses en andere hulpmiddelen voor mensen met een handicap te ontwikkelen.

Auteurs:

Herman IJzerman
Kenniscentrum Sport
Juul van Rijn
Kenniscentrum Sport

Bewaren:

Bewaren

Gerelateerde artikelen

Anderen bekeken ook