Научный руководитель лаборатории спортивной биомеханики БНТУ — о режиме ноу-хау и  цифровых технологиях, позволяющих по-новому взглянуть на возможности человека

Быстрее, выше, сильнее… Спорт — это всегда о преодолении показателей. Возможности человека выражаются в цифрах: какое расстояние и как быстро пробежал, сколько килограммов поднял, как метко поразил цель. Не иначе чистая физика и математика. Спортсмены годами оттачивают свои навыки. В ход идет не только рвение, но и трезвый расчет. В подготовке спортсменов используются умные технологии и интеллектуальные продукты — они в цифровом виде отражают биомеханические параметры движений при взаимодействии со снарядами и инвентарем. Сегодня с помощью разработок лаборатории спортивной биомеханики технопарка БНТУ «Политехник» проходят подготовку спортсмены наших национальных и сборных команд. «Р» понаблюдала за процессом.

До появления таких устройств тренеры определяли эффективность движений спортсменов на глаз.

Логическое продолжение

В технопарке «Политехник», входящем в структуру БНТУ системы Минобразования, лаборатория спортивной биомеханики появилась в 2018 году. Ее руководитель, идейный вдохновитель — заведующий кафедрой спортивной инженерии БНТУ Валерий Васюк. Впрочем, появление лаборатории, как объясняет он, — это эволюционное продолжение кафедры в рамках концепции «Университет 4.0».

— Концепция включает четыре компонента — учебно-образовательную деятельность, научно-исследовательскую, коммерциализацию разработок и цифровизацию всех процессов. На кафедре усилиями аспирантов мы создали уже семь разработок, используемых в подготовке спортсменов сборных и национальных команд Беларуси.

Олимпийский чемпион Пекина тяжелоатлет Андрей Арямнов, олимпийский чемпион Рио-де-Жанейро батутист Владислав Гончаров, лидер национальной команды по художественной гимнастике, вице-чемпионка Европы — 2020 Алина Горносько, седьмая ракетка мира Арина Соболенко… Валерий Евстафьевич на протяжении всей нашей беседы не перестает перечислять созвездия спортсменов, которые проходят тестирование в лаборатории.

В датчиках «зашита» микроэлектроника, позволяющая не только зарегистрировать сигнал, но и обработать его.

Маленькие помощники

На рынке спортивной инженерии немного компаний, работающих на нужды спорта. Нам удается создавать решения, благодаря которым в подготовке ведущих белорусских спортсменов появляются уникальные технологии для оценки ключевых динамических и пространственно-временных параметров спортивных движений. Например, если спортсмен контактирует с опорой, нужно измерить, как распределяется его устойчивость, с какой мощностью он совершает отталкивание.

— Другое дело — когда спортс­мен взаимодействует с инвентарем — штангой, ракеткой, веслом, лыжными палками, — объясняет руководитель лаборатории. — Для таких случаев мы и разработали специальные сенсоры — микроэлектромеханические системы, которые непосредственно закрепляются на снарядах. Спортс­мен при выполнении упражнений должен развить максимальную мощность в кратчайший промежуток времени. И это нужно зафиксировать. Мы, как говорится, впереди планеты всей — наши датчики беспроводные, весом всего 15–20 граммов, а такие не делает в мире никто. Они не ограничивают условия выполнения упражнений. Спортсмен не чувствует привязки к снарядам или инвентарю.

В датчиках «зашита» микроэлектроника, позволяющая не только зарегистрировать сигнал, но и обработать его (из аналогового преобразовать в цифровой), а также оставить в памяти компьютера или передать на смартфон спортсмена либо тренера.

Цифровой мозг

Чтобы на деле понять, как это работает, Валерий Евстафьевич приводит примеры.

— Спортсмен при взаимодействии со штангой должен попасть в резонанс, ведь она колеблется. На гриф мы устанавливаем датчики. Они сканируют движения, которые с помощью программного обеспечения выводятся в виде графика на компьютер. Полученная информация показывает закономерность, когда и в каких фазах взаимодействие со штангой наиболее эффективно. Более того, спортсмен может отслеживать на экране свои действия в реальном времени и при необходимости корректировать их во время выполнения элементов, а делается это безмаркерной технологией с использованием системы видеозахвата движений.

До появления таких устройств тренеры определяли эффективность движений спортсменов на глаз. Зачастую подсказок тренера недостаточно, ведь спортсмен не всегда способен контролировать работу всех частей своего тела. 

— Проще говоря, наша разработка позволяет ему видеть себя со стороны. Система выстраивает траекторию движений с точки зрения пространственной кинематики. Такие системы используются даже не во всех странах, где развит спорт. Причина — помимо умных устройств оценки нужно иметь специалистов.

Пока аспиранты работают в качестве научных сотрудников и техников, обеспечивая подготовку закрепленных за ними спортивных команд.

Вы спросите: а как это работает вне спортивного зала? Например, когда нужно сканировать движения гребца-каноиста на воде. Как правило, тренер сопровождает спортсмена на катере на расстоянии 15–20 метров. Датчики прикрепляются на спортсмена и через Bluetooth передают информацию тренеру на смартфон или ноутбук. Есть и такой вариант: если занимающийся плывет один, то информация с датчиков пишется на флеш-карту, которая крепится на его поясе. Когда он финиширует, данные с флешки передаются на ноутбук, и тренер видит все фазы выполнения упражнений, насколько эффективно затрачивается энергия, проявляется мощность.

— Ранее никто не измерял, как спортсмен распределяет усилие в подводной части гребка — в фазах проводки весла. Мы практически помогаем ему кроме контроля мощности движений увидеть, насколько рационально и соразмерно ведущие группы мышц включаются в работу. 

Найти лучших на старте

Чтобы Беларусь пополнялась перспективными спортсменами, нужно выявить спортивно одаренных детей в видах движений, которые определяют успешность их дальнейшей подготовки.

— Биатлон — величайший спорт. Высокий функциональный потенциал, техническая подготовленность в лыжных передвижениях по трассе сочетаются с умением переключиться на огневых рубежах в сложную мыслительную деятельность. Все тренеры мира работают над тем, чтобы совместить и вывести на интегральный уровень соответствия движения в стрельбе и лыжных локомоциях. В биатлоне есть трудности с отбором детей на уровне учебно-тренировочных групп. И на помощь приходят наши технологии, — утверждает Валерий Васюк.

Разработали методику, по которой можно оценить рациональность и экономичность техник лыжных передвижений по дистанции, а также насколько хорошо юные спортсмены владеют так называемой реципрокной или перекрестной координацией при взаимодействии верхних и нижних конечностей. В лаборатории спортивной биомеханики созданы методики, позволяющие молодому спортсмену увидеть, как распределяются усилия в динамике выполнения контрольных упражнений в условиях применения специального тренажера.

— Он становится на платформу и имитирует движения одним из коньковых ходов, а на экране перед ним отоб­ражаются в виде столбчатых диаграмм параметры его действий. Спортсмен старается сопоставить их так, чтобы они имели закономерности правильного двигательного стерео­типа. Таким образом спортсмен быстро обучается ходу. Сегодня такой тренажер находится на испытаниях в одной из спортивных школ Минска. Экспериментальные группы используют его два раза в неделю.

Технопарку было бы выгодно продавать технологии и на внутреннем, и на внешних рынках.

«Закрытые» технологии

На разработки лаборатории спортивной биомеханики технопарка БНТУ «Политехник» по заказу Министерства спорта и туризма средства выделяет на конкурсной основе в рамках инновационных проектов Государственный комитет по науке и технологиям. 

— Пока мы вынуждены создавать единичные экземпляры продукции, внедрять и использовать их в подготовке и тестировании наших спортивных команд. Те технологии, которые несут инновационность, применяются в режиме ноу-хау. Не представляется возможным распространить их на уровне патентов и описательных статей. Почему? Заявка на изобретения рассматривается в течение двух-трех лет и размещается в открытом доступе. Зарубежные компании могут перенять их, воспроизвести и быстро наладить серийный выпуск и продажи, — делится Валерий Евстафьевич.

По сути коммерциализация разработки сейчас осуществляется только с точки зрения социального эффекта — улучшение подготовки спортсменов, возможность получить высокие места на международных соревнованиях. 

Но, как отмечает руководитель лаборатории, технопарку было бы выгодно продавать технологии и на внутреннем, и на внешних рынках. Например, все разработки в упрощенном виде можно использовать в фитнес-индустрии. Сторонники здорового образа жизни хотят знать, как организм переносит нагрузку, как дозировать ее, как правильно подобрать упражнения.

— Университетский технопарк — это и есть то место, где разработки должны превращаться в действующие образцы в нескольких экземплярах, чтобы выпустить их в апробацию в спортивную практику, получить достоверные данные и проанализировать их эффективность. Пока мы не имеем тех производственных возможностей, комплектующей базы, установок сборки, чтобы изготовить опытную партию из 10–15 штук. А единичные частные компании не берутся за производство уникальных изделий спортивного назначения, где используются цифровые технологии. К тому же, чтобы окупать затраты, компаниям нужно выходить на их массовое прозводство, а для этого нужно хорошо работать на внешних рынках. 

В технопарке возможно наладить выпуск, но необходимо привлечь средства на покупку комплектующих, логистику, маркетинг и другое. Тем более кадровый потенциал есть — аспиранты и студенты университета. Пока они работают в качестве научных сотрудников и техников, обеспечивая подготовку закрепленных за ними спортивных команд.

Разработали методику, по которой можно оценить рациональность и экономичность техник лыжных передвижений по дистанции.

Давайте объединяться

В 2014 году Совет Министров принял постановление «Об утвер­ждении Концепции формирования и развития инновационно-промышленных кластеров в Республике Беларусь и мероприятий по ее реализации». Такой инструмент позволяет объединить различные организации, компании и ведомства с общими интересами.

— Используя данный механизм, по согласованию с Министерством образования и Министерством спорта и туризма мы создали научно-образовательный кластер «Интеллектуальные технологии в спорте», объединив потенциал и возможности кафедры спортивной инженерии БНТУ с БГУФК. На базе экспериментальной площадки кластера в Белорусском государственном университете физической культуры уже второй год работают специалисты двух организаций, которые по разработанным технологиям на оборудовании лаборатории оценивают производительность ведущих оте­чественных спортсменов и перс­пективных спортсменов резерва при подготовке к международным соревнованиям различного уровня.

Валерий Евстафьевич подытоживает: кластер позволил создать взаимопроникновение и взаимо­влияние инженерной и спортивной деятельности.

malyshchyts@sb.by