垂直跳躍動作在競技賽場上頻繁地出現,其表現同時也是比賽勝負的關鍵,透過觀察其進步情形除了可以評估訓練計畫是否有效之外,還能監控運動員的疲勞狀況,因此垂直跳便成為評估訓練效果的一項重點指標。
器材難攜帶又昂貴,改用這個就好!
在實驗室中測量跳躍表現最常用的儀器為測力板,運動時人體會對地面施力,透過地面的反作用力,便能完成跳躍動作。測力板能記錄運動時的地面反作用力,並將其繪製成圖形,透過分析這些圖形,可以讓我們了解每個人的運動特徵。雖然測力板操作不複雜且能精確描繪出動作特徵,然而一塊測力板動輒幾十萬元且體積大、笨重又難以搬運。因此只有在實驗室中才有機會使用,難以提供教練和選手訓練中的即時回饋。在開發出精簡方便又低價的測力板系統前,其他感測元件也有可能精準的量測到跳躍表現◦
慣性感測器(Inertial measurement unit, IMU)可以量測物體運動時的加速度和轉動情形,其特性為方便、輕巧且容易攜帶。學者認為蒐集運動時候人體質心的合加速度,透過牛頓第二定律(F=ma),可以將加速度的訊號轉換為運動時人體受到的合力,在跳躍動作中便是地面反作用力。如此也許能代替測力板以量測地面反作用力,同時可以在運動中即時監控表現。
IMU可以代替測力板,評估跳躍動作
2017年在Journal of Sports Sciences期刊的一篇研究為了驗證IMU是否能代替測力板,作為評估跳躍動作表現的有效工具。該研究招募了17位的非運動員受試者,將IMU固定於人體質心處(腰椎4、5節間),在測力板上實施三種垂直跳動作,分別是單/雙腳落地跳及單腳反向跳,並將IMU的加速度訊號換算後和測力板的反作用力訊號做比對,觀察其準確度。
下圖為不同跳躍動作時,測力板以及IMU測得地面反作用力結果比較圖,其中實線為測力板訊號,虛線為IMU加速度訊號換算而得的地面反作用力。從圖中可以發現除了起跳及落地時的訊號有較明顯的差異,在整段跳躍動作期間IMU的加速度訊號和測力板的反作用力訊號之間呈現極高的相關性。作者認為在起跳及落地階段有較多肢段的動作,例如:旋轉、擺動…等等,將人體簡化為一個質點的方式雖然便於計算,卻容易忽略這類軀幹的動作,進而造成誤差。
以配戴於質心處的IMU預測垂直跳躍動作時身體受到的地面反作用力似乎是可行的方式,目前也有一些裝置例如: Push band,可以將其固定在槓鈴上,觀察負重跳躍時的表現參數,未來或許可以將此研究結果應用於更多的體能測驗或是訓練動作上,提供教練及選手一個更便宜、省時方便且有效的替代方法,能在訓練當中得到立即的回饋。
參考文獻:
Setuain, I., Martinikorena, J., Gonzalez-Izal, M., Martinez-Ramirez, A., Gómez, M., Alfaro-Adrian, J., Izquierdo, M. (2017). Vertical jumping biomechanical evaluation through the use of an inertial sensor-based technology. Journal of Sport Science, 34(9), 843-851.
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