Coraz więcej urządzeń mobilnych zbiera dane, które mogą być użyteczne nie tylko dla sportowców, ale i dla lekarzy analizujących zdrowie swoich pacjentów, czy też kosmonautów planujących wyprawę pozaziemską. Buty Kipchogego czy opaski graczy NBA wzbudzały ciekawość i podejrzliwość, czy aby nie ocierają się o doping technologiczny. Pracę naukowców wspiera również sztuczna inteligencja, która znajduje nowe powiązania pomiędzy różnymi informacjami płynącymi z coraz bardziej zaawansowanych czujników. Oto kilka z przykładów wykorzystania nowoczesnych technologii.
Już nie tylko zegarki i czujniki z akcelerometrami analizują technikę biegacza. Mamy obecnie kilka modeli butów i wbudowanych w nie czujników, które badają chociażby stabilność kroku i siłę odbicia. Przekazują one ich użytkownikom dane w czasie rzeczywistym, informując poprzez aplikację, jak bardzo zmienia się w trakcie biegu nasza technika.
O krok dalej poszedł włoski startup e-Novia, która stworzył nakładkę na buty (zewnętrzną podeszwę), którą można zmieniać na bieżąco dzięki danym z aplikacji mobilnej. Podeszwa dopasowuje amortyzację w zależności od twardości podłoża, po którym się przemieszczamy. Aplikacja sama zasugeruje nam optymalne ustawienia, za pomocą analizy naszej techniki (wzorca WAHU), dopasowując amortyzację poprzez specjalną konstrukcję składającą się z połączonych ze sobą komór wypełnionych płynem. Zmiany te mają też wpływać na poprawę przyczepności oraz stopień elastyczności podeszwy.
Coraz więcej danych zbierają nie tylko smartfony, ale także smartwatche, które oprócz standardowych danych typu tętno czy saturacja – mierzą już także poziom hałasu, nasłonecznienie (stopień ekspozycji na promienie UVA, UVB i UV), a nawet jakość powietrza. Producent, który te dane zbiera, proponuje, że można by je wykorzystać np. do późniejszej personalizacji kosmetyków. Inteligentne zegarki mogą też dbać o nasze zdrowie, również wtedy, gdy my smacznie śpimy – informując np. o występowaniu bezdechu sennego (wykorzystując czujnik saturacji).
Z kolei firma NURVV opracowała specjalne, naszpikowane technologią wkładki do butów. Zawierają one 32 czujniki analizujące technikę biegu z częstotliwością 1000 razy na sekundę. Urządzenie bada długość kroku, kadencję, uderzenia i ułożenie stopy, a nawet „poziom równowagi”. Informacje te są zbierane i przetwarzane przez aplikację NURVV Run Coaching, która daje przy okazji garść wskazówek treningowych, mówiących o tym, jak wykorzystać te dane w praktyce.
Naukowcy postanowili udoskonalić również noszone przez sportowców ubrania, wbudowując specjalne elektroniczne czujniki w same włókna. Stworzyli więc elastyczne tekstylia pozwalające na monitorowanie ruchu, temperatury, oddechu i tętna w czasie rzeczywistym przy pomocy inteligentnej koszulki (lub dowolnej innej części garderoby z nowego materiału).
Na słynnym Massachusetts Institute of Technology (MIT) opracowano niedawno wzbogacony czujnikami materiał, który może pomagać w treningu. Naukowcy przewidują, że wbudowane we włókna sensory mogą być w przyszłości przydatne zarówno sportowcom, jak i chorym czy astronautom przebywającym w przestrzeni kosmicznej.
– Możemy wbudować każdy dostępny czujnik elektroniczny stworzony w laboratorium w materiał tekstylny, który będzie te dane zbierał. Taki dostosowany do ciała element ubioru będzie można nosić praktycznie przez cały czas – twierdzi Canan Dagdeviren, asystentka profesor na MIT, zajmująca się tymi badaniami. – Materiały są konfigurowalne, więc możemy stworzyć podobny strój dla każdego, kto potrzebuje fizycznych danych, takich jak temperatura ciała, szybkość oddychania itd.
Dagdeviren jest główną autorką artykułu opisującego nowy materiał, opublikowanego w czasopiśmie Flexible Electronics. Z kolei Irmandy Wicaksono to kierownik badań nad tkaniną, które zostały ufundowane przez MIT Media Lab Consortium oraz NASA Translational Research Institute for Space Health Seed Grant.
Grupa naukowców MIT opracowała niezwykle cienki, przypominający drugą skórę materiał, który mierzy temperaturę i funkcje życiowe. Wcześniejsze czujniki były delikatne i trzeba było je naklejać na ciało np. w formie plastrów. Dagdeviren w swoim laboratorium stworzyła materiał, który może być użyty do każdego ubrania, które nosimy na co dzień. Jej materiał ma być „inteligentny”, ale dane będą przesyłane przez nadajnik, który zbiera dane z tkaniny i wysyła je dalej. Samo urządzenie można później odczepić np. przy okazji prania lub przełożyć do innej części garderoby.
– W naszym przypadku tkanina nie jest elektrycznie funkcjonalna. Jest to po prostu pasywny element odzieży, którą można nosić komfortowo podczas normalnych aktywności – dodaje Dagdeviren. – Naszym głównym celem było zmierzenie aktywności fizycznej ciała, czyli temperaturę (z dokładnością do 0,01 °C), oddech (z dokładnością do 0,0012 m/s2), przemieszczanie się w przestrzeni przy wykorzystaniu pomiaru danej części ciała (nawet do 1500 cm2), wszystko bez potrzeby żadnych dodatkowych sprzętów czy taśm.
Opisane elektroniczne czujniki składają się z długich, elastycznych nitek, zamkniętych w żywicy epoksydowej, a następnie tkanych w wąskich kanalikach wewnątrz włókien tkaniny. Kanaliki te mają niewielkie otwory, które pozwalają czujnikom zbierać sygnały z powierzchni skóry. W badaniach naukowcy zaprojektowali prototypową koszulkę z trzydziestoma czujnikami temperatury i akcelerometrem – mogącymi mierzyć ruch, częstotliwość skurczów serca i częstość oddechów (poprzez czujniki mechanoakustyczne). Tkanina jest rozciągliwa do 30% swojego pierwotnego stanu (przez minimum 1000 cykli użytkowania) bez znaczącego zużycia (zarówno mechanicznego, jak i przewodzenia elektrycznego). Strój może transmitować dane bezprzewodowo do smartfona.
Najpierw naukowcy wybrali tkaninę – specjalną poliestrową mieszankę, która odprowadza wilgoć (potwierdzono to testami) i ma właściwości przyjazne dla skóry, na wzór koszulek kompresyjnych stosowanych podczas biegania. W ubiegłym roku wizytowali też fabrykę w Shenzhen w Chinach, by tam prowadzić kolejne eksperymenty nad masową produkcją nowych materiałów używanych do tworzenia sportowych strojów.
– Z zewnątrz koszulka wygląda zupełnie normalnie, ale w środku znajdują się elektroniczne czujniki, które dotykają skóry – mówi Dagdeviren. – Poprzez działanie kompresyjne, aktywne części sensorów są wystawione na ciało, a urządzenie zbiera potrzebne nam informacje – wyjaśnia badaczka.
Ponownie, takie ubranie może być prane w pralce bez szkody dla czujników, a urządzenie odbiorcze może być w tym czasie usunięte. Ich zaletą jest też coś, co można określić mianem bezprzewodowego monitoringu.
Naukowcy testowali prototypowe koszulki podczas treningu, monitorując zmiany tętna, temperatury i częstości oddechów. Wszystkie testy wyszły pomyślnie i odpowiadały pomiarom za pomocą innych metod (np. temperaturę badano kamerami termowizyjnymi). Dzięki temu, że czujniki pokrywają stosunkowo dużą powierzchnię ciała, naukowcy mogli obserwować zmiany temperatury w różnych jego częściach, a także to, jak te zmiany korelują ze sobą. Informacje te mogą być przydatne przy adaptacji do zawodów w wysokich temperaturach.
Jak podkreśla Canan Dagdeviren inteligentna koszulka może być produkowana w różnych rozmiarach i krojach dopasowanych do sylwetki. W planach są również inne elementy ubioru i włączenie dodatkowych czujników do monitorowania saturacji lub innych parametrów związanych ze zdrowiem.
– Ten rodzaj czujników może być też użyteczny do spersonalizowanej «telemedycyny», umożliwiając lekarzom zdalne monitorowanie pacjentów, którzy w niektórych przypadkach nie musieliby wychodzić z domu. Podobnie można by kontrolować zdrowie astronautów przebywających w przestrzeni kosmicznej – wyjaśnia profesor MIT. – Być może już niedługo nie będziemy musieli chodzić do doktora, a nawet odbywać z nim zdalnej wizyty. Poprzez zbieranie kolejnych danych, lekarze mogą coraz dokładniej oszacowywać parametry zdrowotne pacjentów i pomagać im w lepszy sposób – podsumowuje.
Coraz nowocześniejsze technologie pozwalają na jeszcze doskonalsze analizy reakcji naszego ciała. Zdobywanie kosmosu i ludzkie zdrowie przynoszą kolejne ciekawe rozwiązania, które z powodzeniem można wykorzystywać również w sporcie.
Zegarki, buty i koszulki naszpikowane technologiami dają z każdym rokiem coraz większe możliwości. Jeśli potrafi się zinterpretować dane, które dostarczają, może to stanowić przewagę w trakcie rywalizacji na wysokim poziomie. Wciąż jednak inteligentny sprzęt nie zrobi za nas jednego i najważniejszego – nie wyjdzie za nas na trening.
Źródła:
Irmandy Wicaksono, Carson I. Tucker, Tao Sun, Cesar A. Guerrero, Clare Liu, Wesley M. Woo, Eric J. Pence, Canan Dagdeviren. A tailored, electronic textile conformable suit for large-scale spatiotemporal physiological sensing in vivo. npj Flexible Electronics, 2020; 4 (1) DOI: 10.1038/s41528-020-0068-y
Fot. tytułowe jest tylko inspirowane opisanymi w artykule tekstyliami
Były chodziarz, który nieustannie dokądś zmierza (wielokrotny reprezentant Polski i dwukrotny olimpijczyk – z Pekinu i Rio). Współautor biografii Henryka Szosta, Marcina Lewandowskiego i Adama Kszczota oraz książki „Trening mistrzów". Doktor nauk medycznych i nauk o zdrowiu. Pracownik Uniwersytetu Jana Długosza, a także trener lekkoatletycznych klas sportowych w IV L.O. w Częstochowie. Działa też jako sędzia i organizator imprez, nie tylko sportowych.
