In der Profisportwelt von heute konzentrieren sich Trainer nicht nur auf herkömmliche Trainings und Coachings, sondern stützen ihre Entscheidungen auch auf Daten. Sensoren für die Überwachung der Sportler stehen an der Spitze dieser Revolution. Sensoren helfen, Verletzungen zu verhindern, die Genesung zu steuern, die Gesundheit zu bewerten sowie die Leistung zu evaluieren und zu optimieren.
Dieser Artikel untersucht die verschiedenen Arten von Sensoren, die in Geräten zur Überwachung von Sportlern verwendet werden. Letzten Endes unterstützen diese Geräte Trainer und Sportler bei der Optimierung der Leistung.
Beschleunigungsmesser maximieren die Leistung und identifizieren Verletzungen
Beinahe jede Art von Bewegungssensor enthält auch einen Beschleunigungsmesser. Im Sport werden Beschleunigungsmesser in inertialen Messeinheiten (Inertial Monitoring Unit, IMU) verwendet, um die Leistungsfähigkeit, die Reaktionsfähigkeit und den Ermüdungsgrad von Sportlern zu quantifizieren. IMU-Geräte können diskrete Bewegungen erkennen und bei Aktivitäten wie Laufen, Radfahren, Schwimmen oder Schrittverfolgung biomechanische Analysen ermöglichen.
Beispielsweise kann ein Beschleunigungsmesser zu Beginn einer Lauftrainingseinheit die Schritte eines Läufers sowie die Körperkontrolle während einzelner Schritte überwachen. Eine Zunahme der Trägheitskraft während eines Schritts kann Schlüsse auf den Ermüdungsgrad eines Sportlers während des Laufs zulassen. Im modernen Sport werden komplexe Softwareanwendungen mit Beschleunigungsmessern kombiniert, um anhand der zu einem Sportler gewonnenen Daten Trainingsmodelle zu erstellen und Trainingsprogramme zu optimieren.
Beschleunigungsmesser zur Überwachung von Sportlern wie der ADXL362 nutzen in der Regel Abtastraten im kHz-Bereich, um hoch genaue Daten bereitzustellen, und benötigen nur wenig Strom, um die Batterienutzungsdauer zu maximieren.
Beschleunigungsmesser werden auch in Helmen und Kopfbedeckungen angebracht, um starke Stöße zu erkennen und Verletzungen zu identifizieren. Die National Football League (NFL) nutzt Beschleunigungsmesser in Mundschutzsystemen, um Daten zur Kopfkinematik der Spieler zu erfassen. Diese Daten zeigen, wie schnell und in welche Richtung sich der Kopf eines Spielers während eines Stoßes bewegt. Sie helfen daher, Gehirnerschütterungen zu erkennen und Stoßdaten über die Zeit zu überwachen. NFL-Ingenieure können diese Daten auch verwenden, um die Stöße von Position zu Position zu analysieren und zusammen mit Helmherstellern einen positionsspezifischen Kopfschutz zu entwickeln, der Spieler besser vor verschiedenen Arten von Stößen schützt.
GPS/GNSS verfolgen Tempo und zurückgelegte Strecke
Während Beschleunigungsmesser die Schrittzahl verfolgen, stellen GPS/GNSS-Bewegungssensoren die beste Möglichkeit dar, Daten zur zurückgelegten Strecke und Höhendaten zu erfassen. GPS- und GNSS-Sensoren sind gängige Aktivitätstracker in Profi- und Amateursportarten und werden am Körper oder an der Spezialausrüstung getragen. Verbreitete Aktivitätstracker wie Garmin, Fitbit und Apple-Uhren werden am Handgelenk eines Sportlers getragen und nutzen GPS/GNSS-Sensoren, um Daten zum Tempo und zur zurückgelegten Strecke sowie Höhendaten zu erfassen.
Andere Geräte, z. B. Garmin-Fahrradgeräte, können am Lenker eines Fahrrads „getragen“ werden, um Radfahrer bei der Navigation zu unterstützen, ihr Tempo zu erfassen und mithilfe von GPS-Sensoren Daten zur Leistung bereitzustellen. Durch die Überwachung von Geschwindigkeit, Steigung und zurückgelegter Strecke können Erkenntnisse über die Ausdauer- und Leistungsfähigkeit eines Radfahrers gewonnen werden, um die optimale Trainingsbelastung und die Echtzeitleistung zu berechnen.
GPS- und GNSS-Empfänger, die nur wenig Strom verbrauchen, wie der TESEO-LIV3R, werden in Geräten zur Überwachung von Sportlern häufig verwendet. In der Regel verbrauchen GPS-Empfänger in Geräten für die Überwachung von Sportlern die meiste Energie.
Herzfrequenzsensoren
Der Sensor zur Überwachung der Herzfrequenz ist vielleicht der wichtigste Sensor für die Bereitstellung individueller Leistungsstatistiken. Optische Herzfrequenzmesser sind die Art von Herzfrequenzmessern, die am häufigsten in tragbaren Geräten für die Überwachung von Sportlern verwendet werden. Die optische Herzfrequenzüberwachung (Heart Rate Monitoring, HRM), auch als Photoplethysmographie (PPG) bezeichnet, ist eine komplexe Technologie, die heute in Armbanduhren und an der Brust getragenen Geräten häufig verwendet werden.
Herzfrequenzmesser überwachen die Trainingsintensität und können Herzfrequenz-Intensitätszonen, Herzfrequenzvariabilität, Kalorienverbrauch, Leistungsfähigkeit des Herzens und die Trainingsbelastung allgemein berechnen. In Verbindung mit anderen Sensordaten wie zurückgelegter Strecke, Steigung und Tempo können Herzfrequenzdaten helfen, den allgemeinen Trainingsstatus zu ermitteln und die Leistung eines Sportlers über die Zeit zu verfolgen.
Ein beliebtes Beispiel für diese Technik ist der Profifußball. Die Spieler tragen während Trainings und Spielen einen von der FIFA zugelassenen STATSports-Herzfrequenzmesser und einen GPS-Tracker. Diese Daten helfen Trainern, die Trainingsbelastung und die Gesundheit der Spieler am Spieltag zu optimieren, indem sie die Trainingsintensität einzelner Spieler und die Gesamtanstrengung des Teams überwachen. Optische HRM-Geräte wie die Geräte der Si117x/8x-Serie, können auf der Haut getragen werden und stellen eine nicht invasive Methode für die Ermittlung des Pulses des Benutzers dar.
Geräte zur Überwachung der Sauerstoffsättigung und Laktatsensoren
Wie Herzfrequenzmesser können Geräte zur Überwachung der Sauerstoffsättigung und Laktatsensoren detaillierte Einblicke in die Leistung eines Sportlers über die Zeit bereitstellen. Am wertvollsten sind diese Informationen für Ausdauersportarten wie Laufen und Radfahren, in denen Sportler mehrere Stunden ohne Pause trainieren können.
Sauerstoff ist für die Zellatmung von entscheidender Bedeutung, weshalb Sportler grundsätzlich auf zellulärer Ebene trainieren. Die Überwachung der Sauerstoffsättigung ist für Ausdauersportler von entscheidender Bedeutung, insbesondere dann, wenn sie in großen Höhen trainieren, wo weniger Sauerstoff verfügbar ist. Wenn die Sauerstoffsättigung zu weit sinkt, kann der Laktatspiegel im Blut ansteigen. Dies reduziert die Effektivität des Trainings oder beeinträchtigt die Wettkampfleistung.
Blutlaktatsensoren erforderten in der Vergangenheit eine Blutprobe mittels Fingerstich. Nicht invasive tragbare Sensoren, die den Laktatspiegel im Schweiß messen, finden jedoch immer größere Verbreitung, trotz der Unsicherheit in Bezug auf die Zusammenhänge zwischen Laktatwerten im Schweiß und im Blut. Der Laktatschwellenwert eines Sportlers ist der Punkt, an dem die Laktatkonzentration im Blut steigt. Dies ist ein Anzeichen für eine leistungsmindernde Überanstrengung. Um Training und Leistung zu maximieren, können Sportler Geräte für die kontinuierliche Messung des Blutlaktatwerts verwenden, um die Trainingsbelastung zu optimieren. Wenn sie zu hart trainieren, können sie die Belastung verringern, um länger trainieren zu können.
Umgebungssensoren: Temperatur-, Feuchtigkeits- und Höhensensoren
Umgebungssensoren sind nützlich, um für Sportler Leistungsmodelle zur Anpassung von Trainingsprogrammen zu entwickeln. Beispielsweise führen Trainings in heißen und feuchten Umgebungen dazu, dass der Körper den in Anspruch genommenen Muskeln Sauerstoff entzieht, um den Körper zu kühlen, was die Leistung reduziert. Bei höheren Temperaturen könnten Profiläufer ihr Tempo um mehr als 10 % reduzieren, um den Rückgang der Sauerstoffzufuhr für die Muskeln auszugleichen. Das Gleiche gilt für höhere Lagen, da hier die Sauerstoffverfügbarkeit insgesamt abnimmt.
Allerdings trainieren Sportler häufig absichtlich in der Hitze und in der Höhe, um die Konzentration an Hitzeschockproteinen zu erhöhen und ein größeres Blutplasmavolumen zu produzieren. So ist es einfacher für den menschlichen Körper, zu trainieren, während gleichzeitig die Wärme effizienter abgeleitet wird. Diese Sauerstoffsättigungs-Effizienz kann über Leistungsmodelle in Verbindung mit der Leistungsüberwachung (z. B. von Tempo und Herzfrequenz) und Umgebungsdaten geschätzt werden. Beispielsweise überwachen Garmin-Smartwatches die Werte für VO2 Max (die Effizienz des Sauerstoffverbrauchs) und die Wärmeakklimatisierung von Sportlern, um sie bei der Optimierung von Trainings- und Erholungsbelastungen zu unterstützen.
Temperatur-, Feuchtigkeits- und Drucksensoren wie der BME280 müssen klein und energieeffizient sein, um sich für tragbare, batteriebetriebene Geräte zu eignen. In einigen Fällen, zum Beispiel beim Garmin Fenix 6X Pro, ist der Temperatursensor wahrscheinlich in die MCU integriert, um den Platzbedarf zu reduzieren.
Sensoren überwachen die Zukunft der Leichtathletik
Die Verwendung einer fortschrittlichen Sensortechnologie im Sport ebnet den Weg für den Erfolg von Teams und Einzelsportlern. Sensoren für die Überwachung von Sportlern sind wertvolle Tools, um Verletzungen zu verhindern und die Leistung zu steigern. In Kombination mit Software, Daten und menschlichem Wissen bieten Sensoren in beinahe jeder Sportart Wettbewerbsvorteile.
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