David și Goliat

O lume complicată și cu o alocare de resurse mai numeroasă decât se știe

Sportivii de astăzi sunt mult mai informați, iar mediile din jurul lor mai atente la balanța sănătate – performanță.

Mama lui David Popovici, Georgeta, a urmat ea însăși cursuri de ofițer de doping, tocmai pentru ca fiul ei să fie ferit de riscurile potențiale.

Dar separarea între familie și lotul olimpic nu e niciodată simplă. Când Constantina Diță a obținut în 2008 una dintre cele mai importante medalii din istoria olimpismului românesc, la maraton, s-a aflat că antrenorul și fostul ei soț, Valeriu Tomescu, nu obținuse statutul de membru al delegației României.

Oricât de mare ar fi delegația oficială, mereu rămân competențe pe dinafară. Într-un fel, Team Romania e mai amplă decât se știe. Ca și în cazul altor delegații olimpice.

„Dacă lăsăm la o parte înotul, rămânem cu legile mișcării ale lui Newton”

Echipa de înot a SUA va avea vara aceasta în lot nu doar antrenori, preparatori fizici și medici, ci și un matematician.

Ken Ono, specialist în teoria numerelor, lucrează deja de ani buni, folosind matematica pentru a îmbunătăți performanțele înotătorilor, iar rezultatele muncii sale sunt deja vizibile, spune el, citat de revistele Quanta și Scientific American.

În 2014, matematicianul Ken Ono de la Universitatea Emory din Atlanta și un student pe nume Andrew Wilson au început o colaborare inedită, cu menirea de a îmbunătăți performanțele sportive ale lui Wilson, care studia matematica aplicată și fizica, dar în același timp concura pentru echipa de înot a universității.

Ce a făcut Ono, care cercetează modelele abstracte în numere și funcțiile speciale numite forme modulare, a fost să colecteze și să analizeze datele de accelerație ale lui Wilson și ale altor înotători din echipa universității, pentru a le identifica și cuantifica punctele slabe.

Pentru un matematician, înotul, cu toate complexitățile sale, a fost redus practic la forma sa de bază: mișcarea. „Dacă lăsăm la o parte înotul, rămânem cu legile mișcării ale lui Newton”, a explicat Ono într-o discuție cu revista științifică Quanta.

În finala olimpică de 50 de metri liber, opt sportivi fac un efort uriaș, cu scopul de a parcurge cât mai repede un singur bazin. 

Mai mult decât o competiție între sportivi, cursa este însă lupta individuală a fiecărui înotător împotriva inerției (descrisă în prima lege a lui Newton) și a forței de rezistență (descrisă în a doua lege a lui Newton), au explicat Ono și colegii săi într-un eseu pentru Scientific American.

„Am vrut să înțelegem cu atenție implicațiile legilor lui Newton aplicate înotătorilor în bazin. Cum măsurăm accelerația, decelerația și frecarea”, a concluzionat Ono.

Consultant tehnic la Paris

Aplicarea matematicii în bazin pare să fi dat rezultate. În decurs de doi ani, Wilson, studentul la matematică și fizică, a câștigat un campionat universitar național. A continuat apoi cu o medalie de aur la Jocurile Olimpice din 2021 de la Tokyo.

Ono, care s-a mutat între timp la Universitatea din Virginia (UVA), unde lucrează cu Todd DeSorbo – antrenorul principal al echipei UVA și al echipei olimpice de înot feminin a SUA – se va alătura lotului olimpic american la Jocurile Olimpice de la Paris în calitate de consultant tehnic.

Deja, a spus el, multe dintre sportivele care au trecut prin programul său au obținut rezultate spectaculoase, nouă atlete ale Universității din Virginia devenind participante la Jocurile Olimpice, potrivit lui Ono.

Kate Douglass, una dintre aceste sportive, și-a îmbunătățit timpii și este acum deținătoarea recordului american la 200 de metri bras, favorită să câștige Jocurile Olimpice din acest an.

O altă înotătoare, Gretchen Walsh, s-a impus în proba de 100 de metri fluture, stabilind recordul mondial.

A folosit senzori inițial utilizați pentru monitorizarea rechinilor

Lucrurile nu au început cu un înotător uman. Ono a explicat pentru Quanta că accelerometrele folosite mai întâi erau concepute pentru monitorizarea rechinilor, așa că a luat aceste instrumente și le-a fixat pe talia înotătorilor, mai întâi cu ajutorul unei banale folii de plastic, apoi cu ajutorul unor curele speciale.

Tehnica a evoluat. În prezent, expertul urmărește înotătorii cu înregistrări video de înaltă definiție și cu accelerometre. De asemenea, el a imaginat o serie de teste diferite.

Spre exemplu, urmărește modul în care sportivii înoată atunci când bătăile picioarelor au loc la tempouri diferite, analizează cât de flexibili sunt înotătorii sau cât de obosiți devin după anumite sarcini. 

În timpul acestor teste, el măsoară forța generată în spațiul tridimensional de picioarele sportivului, de ondularea șoldurilor și de mâinile sale.

„În general, înregistrările video de înaltă definiție capturează doar 24 de cadre de ecran pe secundă. Fiecare senzor îmi oferă 512 vectori de forță pe secundă. Acestea pot dezvălui lucruri pe care nu le veți vedea niciodată în video”, a spus Ono pentru Quanta.

Lupta pentru sutimi de secundă

Un lucru subtil pe care Ono spune că l-a detectat foarte ușor cu ajutorul acestei tehnologii este modul în care un înotător are tendința de a-și modifica bătaia de picioare atunci când se află aproape de capătul bazinului, o modificare ce ar putea să-l facă să piardă timp.

Alte teste urmăresc momentele în care sportivii decelerează fără niciun motiv întemeiat. 

Unii sportivi, a explicat Ono, au probleme cu întoarcerea de la capătul bazinului sau ar putea avea nevoie să corecteze plasarea capului. La nivel olimpic și de campionat mondial, unde cursele se reduc la sutimi de secundă, aceste lucruri contează.

Odată ce elimină aceste surse de decelerare, experții analizează apoi ce fac membrele în mișcare.

„Cum scade ritmul pe măsură ce obosești? Maximizezi procentul de forță pe care îl generezi, astfel încât corpul tău să înoate în direcția corectă?”, s-a întrebat Ono.

Algebra liniară și înotul

Unele informații, spune Ono, sunt la fel de simple ca algebra liniară (o ramură a matematicii care studiază vectorii, spațiile vectoriale, transformările liniare și sistemele de ecuații liniare).

„Atunci când un sportiv face o cursă, el generează o forță care poate fi îndreptată în jos, în sus, spre dreapta sau spre stânga sau în direcția înotului. Noi folosim tehnici de algebră liniară pentru a calcula procentul în fiecare dintre aceste direcții”, a spus el pentru revista Quanta.

Un aspect neașteptat pentru expert a fost acela că, până acum, nu a monitorizat vreun sportiv care să fie mai eficient de 60% în toate cele patru stiluri de înot – liber, bras, fluture și spate.

În aprilie, a spus Ono, „am pus-o pe Paige Madden (medaliată cu argint la Jocurile Olimpice din 2020) să poarte senzori de forță și i-am modelat traiectoria mâinii în timpul unei curse. Am calculat că, în primul bazin, 59,1% din forța generată de mâna sa dreaptă a propulsat-o în direcția în care dorea să meargă”.

Dar în al 8-lea bazin, a spus Ono, doar 42,1% (din forța generată) o împingea înainte. Nu numai că sportiva devenea mai obosită, dar execuția ei devenea tot mai dezlânată.

Folosind doar aceste informații din algebra liniară, Ono i-a dat câteva indicii despre cum să înoate diferit în cursă. A doua zi, în al 8-lea bazin, Madden era aproape de 50% eficiență. „O lună mai târziu, ea a obținut cel mai bun rezultat personal”, a explicat Ono.

Ce este geamănul digital

Datele strânse de Ono pot fi folosite și pentru a face predicții sau pentru a dezvolta strategii de cursă.

El a explicat că experții folosesc datele pentru a construi un „geamăn digital” al unui atlet. Gemenii digitali sunt modele matematice ce ajută la studierea sistemelor și proceselor complicate, cum ar fi răspândirea Covid sau migrația animalelor – lucruri care variază în timp.

În cazul de față, geamănul digital al unui atlet este dezvoltat pe baza datelor colectate de experți despre mișcările acestui atlet. În ultimi ani, Ono a explicat că a colectat date despre mii de curse de la peste 100 de atleți de top.

Ce era evaluat anterior doar prin observarea înotătorului cu ochii liberi, poate fi acum convertit într-o serie de diagrame și grafice care arată distribuția forței. Printre defectele care pot fi observate se numără poziția necorespunzătoare a capului, picioarele lăsate prea jos, rotația dezechilibrată a corpului și respirația ineficientă. 

Așadar, a explicat Ono, „pot să compar geamănul digital cu baza de date, să fac ajustări și să alcătuiesc formula optimă pe care cineva ar trebui să o folosească pentru cursă – câte bătăi de picioare trebuie să efectueze după saltul în apă, unde trebuie să plaseze mâinile înainte de întoarcere, câte respirații trebuie să facă și în ce ritm”.

„Pe baza datelor, a explicat Ono, putem spune unui atlet: dacă înoți folosind această formulă, vei face cursa de 100 de metri spate în mai puțin de 48 de secunde”.

Vara aceasta, pentru prima dată, nouă sportivi din lotul olimpic de înot al SUA vor fi ghidați de gemeni digitali. 

„Există încă antrenori care nu ne iau în serios”

Există atenție la detalii. Datele accelerometrelor sunt foarte complexe, deoarece senzorii sunt sensibili, așa că găsirea metodei corecte de rafinare datelor a necesitat o matematică sofisticată. Și „secretă”.

Dar Ono insistă că nu a descoperit ceva anume și nu a inventat vreo formulă matematică.

Matematicianul a observat în același timp că există încă antrenori care nu iau metoda sa în serios. Dar a spus că acest lucru nu îl afectează în vreun fel. 

„Vreau să găsesc lucrurile pe care nimeni altcineva nu le-a găsit și să folosesc legile lui Newton, împreună cu experimentele și ceva algebră liniară, pentru a ajuta la crearea celor mai bune performanțe pentru sportivii cu care lucrăm”, a spus el.

David

La Jocurile Paris, geamănul digital al lui David Popovici se numește David Popovici. Ca și în multe alte domenii, din lipsă de resurse, iar cunoașterea este o resursă importantă, nici în sport nu avem luxul dedublării.

Nu suntem singuri, există și în România investiții și se bagă inclusiv fonduri bugetare ale Guvernului sau de la administrațiile locale. Dar nici nu avem în spatele nostru un sistem sportiv și științific rafinat în decenii, cu adevărat puternic, în stare să scoată campioni și acolo unde nu sunt.

• Articolul face parte din proiectul „Team Romania”, dezvoltat de Golazo & powered by Banca Transilvania, în parteneriat cu COSR
• BT X COSR, un parteneriat pentru susținerea efortului sportivilor români. BT a devenit Banca Oficială a Echipei Olimpice Team România pentru susținerea performanței și a sportivilor români care se pregătesc să ne reprezinte la Jocurile Olimpice. Susținem tot efortul lor și miile de ore de antrenament.