6. Автоматизація біомеханічного контролю

Біомеханічний контроль можна здійснювати по-різному. Найпростіше — спостерігати й записувати результати спостережень. Але при цьому багато чого буде упущено й ніхто не зможе поручитися за точність отриманих результатів.

Набагато плодотворніше, хоча й складніше, автоматизований контроль. Сьогодні процес «живого споглядання», спостереження за об'єктом дослідження немислимий без використання вимірювальної апаратури.

Усі вимірювальні системи в біомеханіці містять у собі датчики біомеханічних характеристик з підсилювачами й перетворювачами, канал зв'язку і обладнання, що реєструє. В останні роки все частіше використовують запам'ятовувальне й обчислювальне обладнання, що значно розширює можливості педагога. Для підвищення точності біомеханічного контролю залучаються всі новинки інженерної думки: радіотелеметрія, лазери, ультразвук, інфрачервоне випромінювання, радіоактивність, телебачення, відеомагнітофони, обчислювальна техніка.

6.1. Датчики біомеханічних характеристик

Датчик — перша ланка вимірювальної системи. Датчики безпосередньо сприймають зміни вимірюваного показника й закріплюються або на тілі людини, або поза ним.

Датчик, що закріплюється на людині, повинен мати мінімальну вагу й габарити, високу механічну міцність, зручність кріплення й разом з тим не повинен стискувати рухів і створювати якого-небудь дискомфорту. На тілі людини розміщуються: маркери суглобів (мал. 35, 36), электромиографичні електроди (див. мал. 3), датчики суглобного кута й прискорення (мал. 37).

Але вже давно помічене, що точність біомеханічного контролю вище, якщо рухи людини нічим не стиснуті. Тому біомеханічні датчики намагаються розміщати на спортивному обладнані, щоб умови, у яких здійснюється контроль, не відрізнялися від природніх умов тренувань і змагань.

Популярними стали динамографичні платформи. Вони встановлюються потай у секторі для стрибків або метань, під покриттям бігової доріжки, гімнастичного помосту, ігрового майданчика й т.п. Найбільш вдосконалені динамоплатформи дозволяють виміряти всі три складові сили (вертикальну й дві горизонтальні), а також момент сиди при скручуванні у точці прикладення сили, причому результат виміру не залежить від того, до якої точки прикладена сила.

65

Чутливими елементами в динамографичній платформі служать п'єзоелектричні датчики (схожі на той, що перебуває у звукознімачі електропрогравача) або меньш хрупкі датчики сили — тензометричні (тензодатчики).

Рис 37

Тензодатчики застосовуються для виміру сили в багатьох видах спорту. У гімнастиці їх наклеюють на поперечину, бруси, кільця, ручки коня і т.д. У важкій атлетиці — на гриф штанги. У стрілковому спорті й біатлоні— на спусковий гачок, ложе й приклад. У веслуванні — на конус кочета або весло ( між рукояткою й кочетом), на підніжку й на банку. У велосипедному, ковзанярському й лижному спорті для виміру сили небагато видозмінюють конструкцію педалі, ковзана, лижі й лижного ціпка, причому ці зміни ніяк не позначаються на природній техніці рухів. У легкій атлетиці застосовують тензостельки, які вкладають у спортивне взуття. Цікаво, що з'явилися кроссовки з тензостельками й мініатюрним комп'ютером, який автоматично підраховує темп і силу відштовхування й сигналізує людині, що тренується, якщо сила відштовхування й частота кроків вище або нижче оптимальної.

Рис 38

Тензодатчики використовують не тільки для виміру сили, але й для виміру прискорення, а також для реєстрації коливань тіла (мал. 38). У цьому випадку тензодатчики наклеюють на вертикальний стрижень, що з'єднує центри нижнього й верхнього майданчика стабилографичної платформи. Стабилограма показує, наскільки велика здатність людини зберігати стійкість тіла, яка служить важливим фактором досягнень у гімнастиці, акробатиці, веслуванні, фігурному катанні і т.д. Крім того, стабилографія корисна при лікуванні людей з порушеною здатністю зберігати рівновагу, при тестуванні стану нервової системи (наприклад, перед змаганнями).

Подібно тензодатчикам, не спотворюють природніх рухів і фотоелектричні датчики, у яких електричний струм виникає під дією світла. Вони використовуються для виміру швидкості ходьби й бігу. Бігун (а також ковзаняр, лижник і ін.) під час руху перериває світлові промені, що падають на фотоелементи (мал. 39). Оскільки кожна оптронна пара ( джерело світла — фотоелемент) перебуває на певній відстані (S) від наступної, а час (∆t) подолання цієї відстані виміряється, легко обчислити середню швидкість на цьому відрізку дистанції:

V=S/∆t

Рис 39

Якщо джерело світла (наприклад, лазер) дає вузькоспрямований промінь, то можна виміряти тривалість і довжину кожного кроку. Ця інформація корисна при підготовці спринтерів, стрибунів і барьеристов.