Выпуск 85: Как определить направление силы отталкивания по позе опорной ноги у роллеров

Исследовательский центр МЕРА готовит краткие разборы и обзоры научных работ в области регуляции позы и движений человека, применению силовых платформ. Для подготовки материалов рубрики используются публикации не старше трёх лет.

Kimura Y, Yokozawa T. Estimation of ground reaction force direction in inline speed skating motion. Front Sports Act Living. 2026;8:1782354. Published 2026 Apr 13. doi:10.3389/fspor.2026.1782354

В статье, опубликованной в 2026 году в Frontiers in Sports and Active Living, исследователи из Японии предложили и проверили метод оценки направления силы реакции опоры при скоростном катании на роликовых коньках, используя только данные о позе опорной ноги, без специальных инструментированных лезвий. В исследовании участвовали 16 опытных конькобежцев-университетцев, которые выполняли прямолинейное и криволинейное катание на роликах. Одновременно регистрировали трёхмерную кинематику (оптический захват движения) и силу реакции опоры с помощью встроенных в дорожку силовых платформ. Авторы разработали два метода оценки направления вектора силы, исходя из предположения, что сила действует перпендикулярно подошве ботинка. Первый метод (Est1) использовал координаты переднего и заднего концов лезвия и центр голеностопного сустава. Второй метод (Est2) — координаты концов лезвия и центр коленного сустава. Истинной величиной считали прямое измерение силовой платформой. Оценённые компоненты силы получали умножением модуля равнодействующей силы (с платформы) на соответствующие компоненты единичного вектора, рассчитанного по каждому из методов. Результаты показали, что оба метода дают ошибку (среднеквадратичное отклонение) в пределах примерно 10% от веса тела, что сопоставимо с ранее опубликованными методами для ходьбы и бега. Однако метод Est2 (с использованием коленного сустава) последовательно давал меньшую ошибку, чем Est1, вопреки исходной гипотезе авторов. Причина в том, что вектор от заднего конца лезвия до колена длиннее, чем до голеностопа, поэтому ошибки оптического захвата движения оказывают меньшее влияние. Детальная проверка Est2 показала, что для прямой дорожки и для правой ноги на вираже смещение всех компонент силы не превышало 8% веса тела, а внутриклассовая корреляция подтвердила согласие с истинными значениями для двух компонент (поперечной и вертикальной). Для левой ноги на вираже в фазе отталкивания наблюдалось систематическое завышение поперечной и продольной компонент, что было скорректировано с помощью регрессионных уравнений. После коррекции точность стала сопоставимой с другими движениями. Продольная компонента (соответствующая пропульсивной силе) оценивалась хуже — на некоторых временных точках согласие с истинными значениями отсутствовало. Однако её величина очень мала (0–0,1 веса тела), поэтому влияние на расчёт суставных моментов и мощностей незначительно. Авторы делают вывод, что предложенный метод Est2 пригоден для биомеханического анализа конькобежного движения. При комбинации с датчиками давления в стельке он позволит оценивать силы реакции льда без специальных инструментированных коньков, что важно для тренировочного процесса и повышения техники катания. Ограничения: исследование выполнено на роликах, а не на льду, и анализировались только прямые и поворотные участки без стартового разгона и переходных зон. Тем не менее, основные закономерности, вероятно, применимы и к ледовому конькобежному спорту.