- Onderzoek
- 14/10/2019
Zoeken naar de optimale marathon
De TU/e draaide dit weekend volop sportief mee in marathonland: promovendus Juan Restrepo Villamizar ontwikkelde bij de faculteit Industrial Design een sticker die van kleur verandert als je hartslag te hoog is, of die je laat zien of je te langzaam of te snel loopt. Dit weekend testte hij zijn ‘slimme patch’ tijdens de marathon van Eindhoven. Hoogleraar Bert Blocken van de faculteit Bouwkunde leverde een bijdrage aan het marathonrecord dat de Keniaan Eliud Kipchoge op zaterdag 12 oktober in Wenen liep. Kipchoge slaagde er als eerste atleet in een marathon binnen twee uur te voltooien. Blocken voerde er windtunneltesten en computersimulaties voor uit.
Met gebruikmaking van zijn sticker leren mensen beter op hun intuïtie te lopen, legt Juan Restrepo Villamizar uit. Dit weekend, tijdens de Marathon Eindhoven, testte hij zijn ‘slimme patch’ voor het eerst uit. Voor hem zelf was het zijn eerste marathon, dus sowieso een spannende dag. “Het materiaal dat we nu tot onze beschikking hebben, is een prototype en is nog niet gekeurd om toe te passen bij een grotere groep”, vertelt de ID-promovendus. Dat laatste is een regel binnen de TU/e om ethisch correct te handelen en de verzamelde data te beschermen. Vandaar dat hij als enige de ‘patch’ test.
Uiteindelijk wil hij verschillende parameters kunnen meten: hartslag, loopritme, lichaamstemperatuur. Vooralsnog is het alleen de hartslag waarover de patch feedback geeft. Via een draadloze verbinding geeft een sensor, die op de borst zit, informatie door. Dat gaat via een controller. “We geven zo op een natuurlijke manier feedback aan de loper, zonder dat hij eerst op een schermpje moet kijken.” Als de hartslag te hoog is verandert de patch van kleur. Dat is vooralsnog de enige informatie. Door de patch te scannen kun je met je smartwatch of -phone na de wedstrijd of training lezen wat je gemiddelde hartslag was en hoe de pieken eruit zagen.
Opbouw patch
Restrepo Villamizar legt uit hoe de patch is opgebouwd. Direct op de huid zit een heel dunne folie. “Artsen gebruiken dit als iemand heel lang in bed moet blijven liggen, om zo doorligwonden te voorkomen.” Vervolgens is er een laagje van katoen en daar zit een inkt op die op vocht, temperatuur of elektriciteit reageert. Zo kan bijvoorbeeld een verandering in lichaamstemperatuur of in spierbelasting zichtbaar worden. Een laatste laag, gemaakt van hetzelfde materiaal als de eerste, houdt het geheel bij elkaar.
De patch komt op de onderarm. Restrepo Villamizar ziet mogelijkheden om op termijn de patch op een knie te plakken en zo de kniebelasting weer te geven. “Niet dat het per se op die knie moet zitten, maar psychologisch werkt dat het beste omdat daarmee onmiddellijk een relatie wordt gelegd met de blessure die wellicht ontstaat.” Dat is de volgende stap: testen of de feedback het gedrag van de lopers verandert. Als deze eerste technische test slaagt wil hij er meer parameters aan toevoegen. Deze eerste versie is een eenmalig te gebruiken sticker.
Marathonrecord
Met windtunneltesten en computersimulaties leverde hoogleraar Bert Blocken een wezenlijke bijdrage aan de geslaagde recordpoging van de Keniaanse atleet Eliud Kipchoge. Die liep zaterdag 12 oktober in Wenen als eerste persoon een marathon onder de twee uur tijdens de zogeheten INEOS 1:59 Challenge. De Olympisch kampioen en wereldrecordhouder op de marathon liet de klok stoppen na 1 uur, 59 minuten en 40 seconden. De recordpoging werd gedaan onder zo optimaal mogelijke omstandigheden. Eén onderdeel hiervan was de bijzondere opstelling van lopers die Kipchoge omringden om de luchtweerstand maximaal te verlagen. Deze formatie kwam mede tot stand dankzij het onderzoek van Blocken.
Kipchoge probeerde het al eens in mei 2017 op het Formule 1-circuit van Monza in Italië en liep toen een tijd van 2 uur en 25 seconden. Zaterdag op de Prater Hauptallee in Wenen was hij wel succesvol, mede dankzij uitgebreid aerodynamisch onderzoek aan de TU/e.
In het langeafstandslopen speelt aerodynamica een belangrijke rol. De zogenoemde hazen doen niet alleen dienst als tempomakers, maar zetten ook de favorieten uit de wind. Zo kan één haas de luchtweerstand van de tweede loper reduceren met vijftig procent. De formatie waarin deze hazen lopen, bepaalt de totaal te behalen reductie in de luchtweerstand. Bij de recordpoging in Monza liepen de hazen in een driehoek voor de atleet, waardoor de luchtweerstand naar schatting met zeventig procent werd gereduceerd. Om de luchtweerstand nog verder te reduceren, werden meer dan honderd formaties geanalyseerd met computersimulaties door aerodynamicaspecialist Robby Ketchell van AvantCourse en later door TU/e-onderzoeker Bert Blocken. De meest optimale formaties uit die analyse werden vervolgens getest in de windtunnel van de TU Eindhoven.
Reductie luchtweerstand
Tegen ieders verwachting bleek de formatie van een omgekeerde V, met zeven hazen vóór de atleet en drie hazen achter hem, voorgesteld door Robby Ketchell, de meest optimale variant. Daarmee reduceerde de luchtweerstand van Kipchoge op papier met 85 procent ten opzichte van een loper zonder hazen. Blocken: “Twee sets van onafhankelijk uitgevoerde computersimulaties en de windtunneltesten wezen allemaal eenduidig deze formatie als beste aan. Dat was nodig om de lopers te overtuigen van deze opstelling.”
De formatie lijkt misschien tegen-intuïtief, maar volgens Blocken is de verklaring logisch. “De hazen krijgen namelijk een grotere luchtweerstand te verduren door de stromingsweerstand van de trechter. Terwijl de atleet Kipchoge hierdoor juist uit de wind wordt gehouden. In het wielrennen neemt de kop van het peloton typisch een driehoekige formatie aan. Dit is een goede formatie wanneer men de luchtweerstand van iedereen in de groep wil reduceren. Maar voor dit marathonrecord, gaat het enkel om het minimaliseren van de luchtweerstand van Eliud Kipchoge, niet van de hazen. Dan is deze omgekeerde V superieur. ”
Naast de formatie van de hazen, keken de onderzoekers ook naar de afstand tussen de hazen onderling en tussen de hazen en de atleet. Ook het effect van een fietser naast de atleet, die hem voedsel en drinken moet aanreiken, is in de windtunnel getest, evenals het effect van een auto die voor de hazen rijdt met een grote klok met looptijden.
Discussie