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Ein geheimes Werkzeug für das US-Schwimmteam
Ungefähr zu der Zeit, als die Bademodenfirma Speedo NASA-Wissenschaftler aufforderte, bei der Entwicklung des heute berühmten LZR Racer-Anzugs zu helfen – einer verbesserten Haut, die viele Menschen für mehr als ein Dutzend Weltrekorde verantwortlich machen, die diese Woche in Peking von Schwimmern gebrochen wurden – ein Wissenschaftler in New York begann mit der Arbeit an einem anderen Werkzeug für die Waffenkammer des Schwimmers. Über die letzten fünf Jahre, Tim Wei , ein Maschinenbau- und Luft- und Raumfahrtingenieur am Rensselaer Polytechnic Institute, hat eine etablierte Technik der Fluiddynamik überarbeitet, um erstmals menschliche Bewegungen zu untersuchen. Die Methode ermöglicht es Wissenschaftlern und Trainern zu untersuchen, wie schnell und wie stark eine Schwimmerin das Wasser drückt, während sie sich durch das Wasser bewegt. Schwimmtrainer Sean Hutchison , der zwei Athleten in das olympische Schwimmteam stellte, sagt, dass er Weis Erkenntnisse als Grundlage für jede technische Änderung verwendet habe, die er an Schwimmern vor den Olympischen Prüfungen und Spielen in diesem Jahr vorgenommen habe.
Kickstart: Ein spezielles Gerät zur Analyse des Schubs einer Schwimmerin (dreieckige Struktur, rechts) kann ihren Schwimmzug unterstützen. Hier zeigt die rote vertikale Linie, wie viel Kraft der Schwimmer beim Treten aufbringt.
Wei verwendet eine Tracking-Technik namens Digital Particle Image Velocimetry, die häufig verwendet wird, um den Fluss kleiner Partikel um ein Flugzeug oder kleine Fische oder Krebstiere im Wasser zu messen. Für wasserbasierte Strömungsexperimente gießen die Forscher winzige silberbeschichtete Kügelchen in Wasser und beleuchten sie mit einem Laser. Eine digitale Hochgeschwindigkeits-Videokamera verfolgt den stromabwärts gerichteten Fluss der Perlen über die Kreatur. Aber das Hochfahren auf große Maßstäbe ist schwierig, sagt der Biologe Frank Fisch , der den Antrieb von Wassersäugetieren an der West Chester University untersucht und mit Wei an Delphinstudien zusammengearbeitet hat. Das Leuchten von Lasern auf Schwimmer und das Eintauchen in Wasser voller Glasperlen kann von ihnen verlangen, im Namen der Wissenschaft noch mehr zu tun.
Wei entwickelte eine neuartige Lösung: Statt Glasperlen filterte er Druckluft in einer Tauchflasche durch einen porösen Schlauch, um Bläschen mit einem Durchmesser von etwa einem Zehntel Millimeter zu erzeugen. Ein Athlet schwimmt durch eine Seifenblase, die aus dem Beckenboden aufsteigt, und eine Kamera erfasst seinen Fluss um den Körper des Schwimmers. Bilder zeigen die Richtung und Geschwindigkeit der Blasen, die Wei dann mit einer von ihm geschriebenen Software in den Schub des Schwimmers übersetzt. Mehr Kraft bedeutet schnelleres Schwimmen, sagt er.
In Zusammenarbeit mit Hutchison, der Spitzensportler außerhalb von Seattle trainiert, filmte Wei den olympischen Goldmedaillengewinner Megan Jendrick und mehr Nachwuchsschwimmer Ariana kukors beim Schwimmen im Brustschwimmen, das einen froschartigen Tritt hat. Jendricks Geschwindigkeitsvektoren signalisierten eine hohe Geschwindigkeit und zeigten direkt von der Unterseite ihrer Füße. Dies bedeutete, dass ihre Füße Wasser hinter ihr schleuderten und sie nach vorne schubsten, ähnlich wie ein Eisläufer, der einen Ball wirft, sich in die entgegengesetzte Richtung schießt. Im Vergleich dazu hatte Kukors, eine weniger erfahrene Elite-Schwimmerin, langsamere Vektoren, die parallel zu ihren Füßen verliefen, was bedeutete, dass sie durch das Wasser rutschte.
[Hutchison] hat das genommen und den Brustschlag aller seiner Spitzensportler modifiziert, sagt Wei, der seine Arbeit vor vorstellte USA Schwimmen , dem Dachverband des Sports, im Jahr 2007. In einer Sportart, in der das Rasieren von Zehntelsekunden Grund zum Feiern sein kann, berichtete Hutchison, dass Kukors durch die Anpassung ihres Tritts beim Brustschwimmen mehrere Sekunden zurückfiel, obwohl sie die Olympiamannschaft nur knapp verpasste. Jendrick und eine weitere Schwimmerin von Hutchison, Margaret Hoelzer, treten diese Woche bei den Spielen an, bei denen Jendrick im 100-Meter-Brust Fünfter wurde und Hoelzer, der Bronze im 100-Meter-Rücken gewann, auf Gold im 200-Meter-Rücken hofft . Im Juli brach sie den Weltrekord.
In jüngerer Zeit hat Wei seine Aufmerksamkeit auf den Stoß eines Schwimmers gerichtet. Mit Mitteln von USA Swimming baute Wei eine Kraftwaage, einen umgedrehten dreieckigen Rahmen, der wie eine Personenwaage wirkt. Schwimmer liegen ausgestreckt im Wasser und treten in den Rahmen, und er misst ihren Vortrieb im Laufe der Zeit. Die Leistung, die für einen Elite-Schwimmer wie Kukors eine sinusförmige, sich wiederholende Welle zeigte, kann Trainern helfen zu entscheiden, ob ein Athlet versuchen sollte, mehr Kraft mit einem härteren, größeren Tritt zu erzeugen, anstatt mit einem flacheren, schnelleren. Es komme auf den einzelnen Schwimmer an, sagt Wei, der hofft, Strömungs- und Schubmessgeräte in einem Bild zu kombinieren. Er möchte auch mehr Messungen an frei schwimmenden Sportlern vornehmen, anstatt sich gegen eine Wand oder in eine Rutsche zu drücken.
Wei wird sich im Herbst mit dem US-Schwimm-Biomechanik-Koordinator Russell Mark treffen, um zu besprechen, was als nächstes zu tun ist. Russells Job ist es, Trainern eine solide physikalische Basis für alles bereitzustellen, was sie den Schwimmern vorschreiben, sagt Wei. USA Swimming setzt auch auf computergestützte Strömungsanalysen mit Ganzkörperscans von Schwimmern; diese könnten kombiniert werden, um zu bestimmen, wie das eine das andere validiert.