Metoda liczbowej oceny techniki biegu na długim dystansie

• Czy mam lepszą / gorszą technikę biegową niż rok temu? O ile?
• Czy mam lepszą / gorszą technikę biegową niż inni biegacze?
• Jak bardzo pogarsza się moja technika biegu wraz z narastaniem zmęczenia?
• Nad którym elementem powinienem pracować, aby poprawić swoją technikę biegu?
• Czy w tych butach mój bieg jest lepszy niż w tamtych?

Powyższe pytania regularnie nurtują biegaczy niezależnie od ich biegowego poziomu zaawansowania.

Jako, że nie są one trywialne, na co dzień biegacze na całym świecie upraszczają je do porównania osiąganych przez siebie czasów i/lub pokonanego dystansu.

Wadą takiego rozwiązania jest brak rozróżnienia pomiędzy tym czy nie jestem w stanie pobiec szybciej, bo:

• mam kiepską kondycję i to nad nią powinienem pracować
• czy może: mam kiepską technikę przez, którą zużywam zasoby mojego ciała (tlen, energia) dużo szybciej niż powinienem?
• a może: dane buty / wkładki są dla mnie nieodpowiednie, co psuje mechanikę mojego ciała, co z kolei wymusza pogorszenie mojej techniki, a to przekłada się na szybsze wyczerpanie zasobów ciała.

Ostatnie miesiące spędziłem na tworzeniu sprzętu i oprogramowania, które namacalnie, liczbowo odpowiedzą na postawione powyżej pytania.

W dzisiejszym wpisie przyjrzymy raportowi z badania techniki biegu. W roli królika doświadczalnego tym razem występuję ja i mój bieg na 5,5 km.

Narzędzia pomiarowe

Od strony sprzętowej, dane z biegu zbieram za pomocą autorskiego sprzętu bazującego na IMU. Technika ta polega na połączeniu danych z 3 akcelerometrów, 3 żyroskopów i 3 magnetometrów, w taki sposób aby w wyniku uzyskać informację o orientacji sprzętu badawczego (przytwierdzonego do nogi biegacza) w przestrzeni, przeciążeniach na niego oddziałujących oraz rotacjach, którym jest poddawany. Wszystko to odbywa się z częstotliwością 400Hz, co zapewnia wystarczająco wysoką rozdzielczość.

Sprzęt po „zamontowaniu” do nogi biegacza wygląda następująco:

Po zakończeniu biegu, dane obrabiane są przez specjalny algorytm, tak aby wyznaczyć najbardziej interesujące nas parametry. Oto one:

Raport z biegu

Raport można podzielić na 5 sekcji:

1. ogólne
2. jakość wybicia
3. straty po wybiciu
4. jakość amortyzacji
5. jakość uderzenia o ziemię

#1 parametry ogólne

Mój bieg rozpocząłem od tempa 4:00 m/km. W trakcie biegu, wraz ze zmęczeniem spadło ono do okolic 4:30 m/km. Na ostatnim kilometrze widząc metę na wyciągnięcie ręki udało mi się znów nieco przyspieszyć.

W trakcie całego biegu utrzymywałem stałą kadencję 170 kroków / min.

Na pierwszych metrach obie moje nogi potrzebowały relatywnie niewiele czasu na ziemi, jednak już po ok. 500m czas ten ustabilizował się na poziomie ok. 225 ms.

Wraz z narastaniem zmęczenia obie nogi potrzebowały spędzić na ziemi więcej czasu. Widać jednak, że lewa noga męczyła się szybciej niż prawa:

Wraz z upływem czasu różnica w czasie spędzonym na ziemi pomiędzy nogami zaczęła się powiększać.

#2 jakość wybicia

Mocne wybicie jest niezbędne do szybkiego biegu. Jeśli już na poziomie wybicia nie osiągniemy wystarczającej dynamiki, to nawet przy zerowych stratach energii w kolejnych fazach, lot będzie skrócony.

Na wykresie widzimy, że początkowo uzyskiwałem przyspieszenie rzędu 4,5g, jednak szybko spadło on do okolic 4g. Prawa noga była w stanie zachować taki poziom wybicia niemal do końca biegu, podczas gdy lewa wyraźnie słabła, co przełożyło się na rosnącą różnicę w sile wybicia:

#3 straty po wybiciu

Wybicie jest jak strzelanie kulą z armaty. Jeśli po strzale w armacie znajdujemy resztki niespalonego prochu, oznacza to, że wystrzał miał potencjał aby być mocniejszy. Analogicznie jeśli po wybiciu w zachowaniu nogi znajdujemy ruchy odsuwające ją od płaszczyzny biegu, oznacza to, że zmarnowaliśmy trochę energii.

Parametr ten mierzy jak mocno udo biegacza „odrotowuje” się od płaszczyzny biegu. Rotacja taka nazywana jest „heel whip” i wygląda następująco:

Chcielibyśmy, aby w naszym biegu to zjawisko nie zachodziło, gdyż jest manifestacją traconej energii.

W moim przypadku prawa noga traci mniej energii na heel whip (początkowo ok. 9 stopni rotacji), a lewa nieco więcej (początkowo ok. 13 stopnii).

Co ciekawe wraz z upływem czasu zakres heel whip’a się zmniejsza, co można interpretować jako skutek tego że z czasem spada dynamika biegu, więc spada też dynamika niedokładności w trakcie biegu.

Kolejny parametr związany nie stratami energii to nadmiarowe przywodzenie-odwodzenie nogi po wybiciu:

W wyniku tego zjawisko noga, która została z tyłu za ciałem, nie ma możliwości przejść w przód w linii prostej, gdyż jedno kolano zderzyłoby się z drugim, w związku z czym powstaje ruch obwiedzenia jednego kolana w stosunku do drugiego, który psuje efektywność biegu.

W moim przypadku zjawisko to prezentuje się następująco:

Po raz kolejny lewa noga okazuje się mieć gorszą efektywność (17 stopni p-o) niż prawa (12 stopni p-o). Co ciekawe parametr ten nie zmienił się dla żadnej z nóg nawet gdy zaczęło pojawiać się zmęczenie.

Trzecim parametrem związanym z niepotrzebnymi stratami jest maksymalny kąt jaki uzyskuje nasza goleń idąc w kierunku pośladka po wybiciu:

Kąt ten będzie zależny od prędkości biegu (potencjalnie także od dynamiki wybicia), jednak ważnym czynnikiem na niego wpływającym będzie elastyczność zginaczy bioder / prostowników kolan (głównie mięśnia prostego uda).

W moim przypadku prawa noga (pomimo tego, że biegnie tak samo szybko jak lewa, a dodatkowo ma lepszą dynamikę wybicia od lewej) uzyskuje gorszy kąt nachylenia goleni po wybiciu niż lewa, co oznacza, że warto byłoby popracować z elastycznością mięśnia prostego uda w nodze prawej, aby nie wpadał w tryb paniki po wybiciu i pozwolił na swobodne, optymalnie przeniesienie nogi w przód.

Parametr ten dla obu nóg pogarsza się z czasem, co dobrze pokazuje jak zmęczenie mięśni prostych uda, sprawia, że nasz bieg traci na efektywności.

#4 jakość amortyzacji

W dobrej amortyzacji chodzi o połączenie dwóch aspektów:

• łagodzi ona impet z jakim ciało uderza o ziemię
• magazynuje jak największy odsetek energii uderzenia do późniejszego wykorzystania przy wybiciu

Oba te elementy wynikają z dobrze przeprowadzonej pronacji:

Powyższy wykres pokazuje z jakim maksymalnym przyspieszeniem kostka „zapadała” się do wewnątrz. Im dynamiczniej to robi, tym więcej energii może zostać zmagazynowane.

Moja prawa noga uzyskała średnio w trakcie całego biegu 8,4g, a lewa 7,5g. Wraz z upływem czasu obie nogi zaczęły uzyskiwać gorsze parametry.

Część osób zapewne kojarzy określenie „kołysanie kostki”, które lubię używać na potrzeby określenia zakresu ruchu pomiędzy maksymalną supinacją poprzedzającą rozpoczęcie amortyzacji, a maksymalną pronacją oznaczającą jej zakończenie. Kolejny parametr mierzy jej efektywny zakres:

Pionowa skala mówi o tym ile stopnie rotacji wewnętrznej uzyskała goleń w trakcie lądowania. Tu znów prawa noga okazała się być lepsza od lewej, a obie nogi znacząco pogorszyły swoje wyniki po kolejnych przebytych kilometrach.

Ostatni parametr z tej kategorii jest idealny do określenia tego, na której części stopy ląduje dana osoba:

Im wyraźniej na pięcie ląduje dana osoba, tym bliżej 0% będzie jej wyniki, co będzie oznaczało, że impet uderzenia o ziemię zmaterializował się na początku fazy pronacji.

Wartość 100% oznacza, że maksymalny impet pojawił się w momencie zakończenia pronacji.

Im wartość większa od 100%, tylko bardziej lądowanie nastąpiło na przedniej części stopy

#5 jakość uderzenia o ziemię

Jak widać w trakcie uderzania o ziemię moje ciało poddawane było przeciążeniu przekraczającemu 12-krotność przyspieszenia ziemskiego (oczywiście przez bardzo krótki okres czasu rzędu kilku ms).

Z jednej strony im dynamiczniejsze uderzenie o ziemię, tym szansa na dynamiczniejsze wybicie, z drugiej jednak strony nie może się to odbywać kosztem dobrej amortyzacji.

Najłatwiej pokazać to na przykładzie, w którym skakalibyśmy na piętach. W takiej sytuacji przeciążenie związane z uderzeniem byłoby bardzo duże, jednak odsetek wykorzystanej ponownie energii skrajnie mały, co sprzyjałoby przeciążeniom.

Parametrem, który dobrze ocenia to jak dobrze odzyskujemy energię z uderzenia jest to jak dużo impetu jesteśmy w stanie zmagazynować w naszych tkankach (głównie ścięgnach):

Impet ten obliczany jest jako suma działania pionowych przeciążeń w czasie, ale tylko takich przeciążeń, której pojawiają się w momencie, gdy stopa znajduje się w pełnej pronacji.

Podsumowanie

Powyżej przedstawiłem 12 kluczowych w mojej ocenie parametrów pozwalających w liczbowy sposób ocenić technikę biegu danej osoby.

Dzięki takiemu podejściu możemy w łatwy sposób:

• porównać jakość nóg u jednego biegacza
• porównać biegaczy pomiędzy sobą
• porównać różne obuwie biegowe
• ocenić wpływ zmęczenia na technikę