Doelstelling
Het verkrijgen van de meetgegevens mag de prestatie of perceptie van de atleet niet belemmeren. Dit legt een strikte beperking op aan het gewicht, de grootte en de vorm van de sensoren. Misschien wel de minst hinderlijke sensor is video. Er is geen fysiek contact vereist. Videometingen hebben in een laboratoriumomgeving een groot potentieel laten zien voor het schatten van beweging, versnelling, gedrag en emotionele toestand.
Een tweede benadering bestaat uit fysieke metingen aan of op het lichaam. Draagbare sensoren kunnen belangrijke fysiologische parameters meten die niet beschikbaar zijn of complementair zijn aan video, zoals: ECG (HR); EMG; bio-impedantie; temperatuur, ademhalingssnelheid en (bio-) chemische componenten zoals lactaat, O2, CO2. Ook opties voor het oogsten van energie om de levensduur van de batterij te verlengen, worden onderzocht.
Wetenschappelijke uitdagingen
Voor het videodetectiegedeelte is de belangrijkste uitdaging: het ontwikkelen van algoritmen om nuttige informatie over de beweging, fysieke conditie en emotie van een atleet te onttrekken uit videomateriaal. Zelfs onder ongunstige omstandigheden, zoals extreem lichtcontrast (zon / schaduw) en als de atleet zich te midden van vele andere deelnemers bevindt. De belangrijkste wetenschappelijke uitdaging is het verkrijgen van nauwkeurige metingen uit onbeperkte RGB-video’s. Dit gebeurt in nauwe samenwerking met (P4, P5, P8).
Voor de draagbare sensoren zijn de wetenschappelijke uitdagingen: het identificeren van de meest veelbelovende parameters rond de fysieke conditie van de atleet. En de ontwikkeling van multi-sensormodules die voldoende flexibel en rekbaar zijn om in textiel te worden geïntegreerd. Belangrijke voorwaarde is dat de modules toch robuust genoeg zijn en blootstelling aan mechanische belasting, zweet en wasmiddelen overleven. Deze werkzaamheden worden uitgevoerd in samenwerking met (P5, P6).
Aanpak
Omdat de uitkomsten van dit project belangrijk zijn voor de andere projecten binnen het CAS-programma, ontwikkelen we meerdere prototypes met toenemende functionaliteit en integratieniveau. Dat heeft twee voordelen:
- wetenschappers van de andere projecten kunnen in een vroeg stadium veldmetingen uitvoeren;
- de prototypes kunnen grondiger worden getest onder praktijkomstandigheden.
De videodetectie concentreert zich eerst op de herkenning van atleten onder andere deelnemers. Voor dat doel zijn algoritmen voor loopherkenning ontwikkeld. In een later stadium worden algoritmen ontwikkeld om de fysieke conditie van de atleet in te schatten, zoals uitputting, lichaamstemperatuur en hartslag.
Voor de lichaamsmetingen worden twee wegen gevolgd. Als eerste wordt een sensorbroek ontwikkeld om beweging, versnelling en belasting van voetballers te meten. opgenomen. Ten tweede is er een zweetanalysesysteem ontwikkeld. Dit systeem bestaat uit een nieuwe zweetcollector met ingebouwde sensoren om ‘realtime’ zweetproductie en zweetgeleidbaarheid te meten.
Daarnaast bekijken we de mogelijkheden voor het oogsten van energie uit beweging van atleten.
“Met ultramoderne videodetectiemethoden en lichaamssensoren willen we wetenschappers, trainers en atleten nieuwe methoden bieden om het risico op blessures te identificeren en de prestaties te verbeteren.”
Uitkomsten
Videodetectie
Bij marathonevenementen in Delft en Eindhoven hebben we data verzameld van verschillende camera’s. Het duiden van elke persoon op verschillende camera’s kan duur zijn. We hebben een pijplijn / proces onderzocht en daarbij is vastgesteld dat de tijd die nodig is om video’s te duiden met 20% kan worden verminderd. Verder is waargenomen dat het looppatroon van hardlopers uniek is voor ieder persoon en betrouwbaar kan worden achterhaald over meerdere camera’s. Dit kan het herkennen van atleten op basis van uiterlijk verbeteren.
On-body Sensing
Voor de sensor-shorts wordt elk jaar een prototype gebouwd. Tot nu toe zijn er twee prototypes ontwikkeld die klaar zijn om te worden gebruikt door bewegingswetenschappers in de andere projecten. Voor volgende prototypes voegen we verliesloze datacompressie en draadloze gegevensoverdracht toe.
Bovendien hebben we een zweetanalysesysteem ontwikkeld dat bestaat uit een nieuwe zweetcollector met ingebouwde sensoren om realtime zweetproductie en zweetgeleidbaarheid te meten. Voor toekomstige prototypes wordt de toepassing van chemische sensoren voor het meten van natrium-, chloride- en ammoniakconcentraties onderzocht.
Energie oogsten
We hebben verschillende ontwerpen op basis van piëzokeramische platen gemaakt. Met deze platen kunnen we energie oogsten uit beweging van het menselijk lichaam. De energieopbrengst werd gemeten in het lab. De studie toonde aan dat de configuratie met directe compressie de hoogste belastingen kon weerstaan, maar dat de monsters die werden gebogen, een hogere energie-output hadden. Monsters waarbij buiging betrokken was, werden nader onderzocht. Rondom de gebogen monsters werd een ‘casing’ ontworpen, die dient als limiet om de levensduur van de monsters te verlengen.
De volgende stap is de ontwikkeling van nieuwe ontwerpen die gebruik maken van een combinatie van het tribo-elektrische en piëzo-elektrische effect om de energieopbrengst te verhogen. Uiteindelijk streven we ernaar om voldoende vermogen te creëren voor de lichaamssensoren.
Projectpartners
Binnen dit project werken we nauw samen met TU Delft, faculties Electrical Engineering Mathematics & Computer Science (EEMCS), Aerospace Engineering (AE) en Industrial Design Engineering (IDE), Sports Engineering Institute TU Delft, VU, Faculty of Behavioural and Movement Sciences, KNVB, KNHB, Adidas, Nedcard.
Meer informatie over sensortechnologie:
Meer weten?
A. Bossche
EEMCS TU Delft
