Prestazioni ottimizzate dello ski cross con sistemi di acquisizione e analisi dati di misura

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Sport olimpico a partire dai giochi di Vancouver del 2010, lo ski cross è una disciplina particolarmente spettacolare, come si è visto durante le giornate finali dei Giochi Olimpici di Soci 2014.

Uso delle maniglie strumentate (2ª porta dalla destra) nel campo di allenamento della squadra francese di ski cross (Foto del Dipartimento Sport e Scienze di FFS)

La squadra francese si è comportata in modo realmente brillante e la bandiera tricolore ha dominato il podio quando Jean-Frédéric Chapuis ricevette la medaglia d’oro, Arnaud Bovolenta d’Arêche-Beaufort quella d’argento e Jonathan Midol quella di bronzo.

Cancello di start strumentato durante lo studio dinamico e cinematico della partenza dello ski cross (Foto del Dipartimento Sport e Scienze di FFS)

HBM ebbe l’opportunità di partecipare al progetto di ottimizzazione delle prestazioni intrapreso dalla Federazione Francese Sci (FFS). “In questo genere di competizioni, lo start è particolarmente critico e ha un notevole impatto sul resto della gara. Allo scopo di migliorare le nostre prestazioni a tale livello, abbiamo realizzato un sistema per analizzare il comportamento degli atleti quando hanno le mani sulle maniglie di start. Per questo, abbiamo utilizzato la tecnologia HBM”, nota Nicolas Coulmy, direttore del Dipartimento Sport e Scienze di FFS.

Inizialmente, FFS ha lavorato sulla tecnica di partenza, con un ergometro nella sala di addestramento. Al fine di rilevare i dati per il successivo livello, si vollero eseguire queste prove in condizioni di gara della vita reale, su montagne ricoperte di neve. Ciò richiedeva la strumentazione delle maniglie di start, per registrare e poi elaborare i valori di forza forniti dai sensori.

Per applicazioni robuste nella neve e nel ghiaccio: SoMat

Per assicurare il successo operativo, FFS chiese il supporto di Des-I-D, società diretta da Pierre Désarmaux, dotata di elevata specializzazione nella gestione dei progetti. Questa società sostiene progetti ad alto potenziale innovativo e fornisce la gestione di progetti complessi o multi-disciplinari. L’esperienza del direttore con Salomon-Amer e la sua conoscenza dell’ambiente spinsero FFS a contattare Des-I-D.

Maniglie munite di estensimetri per rilevare le deformazioni durante lo studio iniziale dinamico e cinematico (Foto del Dipartimento di Sport e Scienze di FFS)

Le cose si muovevano rapidamente, come spiega Pierre Désarmaux: “Iniziammo a redigere il programma funzionale dei requisiti, in cui si definivano chiaramente le aspettative di FFS. L’applicazione richiedeva l’installazione di sensori di forza sulle maniglie e la registrazione ed elaborazione delle informazioni ricevute. Conoscendo da lungo tempo HBM, sapevo che questa società avrebbe trovato una soluzione completa per affrontare l’intero problema, dal sensore all’elaborazione delle misurazioni, quindi la invitammo a unirsi al progetto. HBM propose una soluzione tecnica ben adatta allo scopo e ci mise in contatto con Astrym, alla quale affidammo lo sviluppo del sistema di registrazione”.

La soluzione HBM comprendeva sensori a estensimetri per basse temperature, un sistema di acquisizione dati SoMat e il software per analisi dati nCode GlyphWorks. In questo sistema, il sensore richiedeva uno sviluppo speciale, come spiega Désarmaux: “Insieme a FFS e con l’assistenza di Claude Nanjod, noto esperto in meccanica di alta precisione, progettammo, sviluppammo e costruimmo un elemento sensore cilindrico personalizzato, da inserire fra il supporto delle maniglie per gli sciatori e il telaio di bloccaggio di queste impugnature. Ogni sensore era munito di due estensimetri incollati, per misurare la forza esercitata in due direzioni perpendicolari.

Per garantire l’integrità del dispositivo, si dovette porre particolare attenzione alla struttura delle uscite assiali con connettori standard di mercato, in modo che i cavetti non passassero dalla zona del cancello di start in cui si posizionano gli sciatori”.

La forza esercitata sulle maniglie al momento della partenza è alta. L’applicazione fu progettata per una forza totale di 200 daN o 100 daN per ogni maniglia.

Alloggiamento della robusta unità di registrazione SoMat di HBM (Foto del Dipartimento di Sport e Scienze di FFS)

La registrazione nell’applicazione FFS è relativamente semplice, con appena 4 canali dati (due sensori per ogni maniglia) e senza alcun requisito metrologico o vincolo dinamico di maggiore importanza. “Sebbene tecnicamente semplice, esisteva un vincolo significativo. Il sistema di acquisizione dati doveva essere impiegato all’aperto in montagna e con frequenti spostamenti, per cui doveva essere compatto ed alimentato a batteria.

Doveva inoltre essere in grado di resistere a condizioni ambientali ostili come il freddo, gli urti, l’umidità e la neve”, afferma Désarmaux. Per soddisfare queste necessità fu scelto SoMat, grazie alla sua portabilità e capacità di funzionare a temperature di -20 °C. Fu una scelta particolarmente felice, poiché esso è disponibile in un’ampia gamma di varianti e con configurazione scalabile, grande o piccola, senza menzionare anche l’opzione per una futura espansione.

Estremamente facile da usare: nCode GlyphWorks

Astrym, sotto contratto per lo sviluppo del software applicativo, ha già creato numerose applicazioni con i prodotti HBM, come la misurazione delle vibrazioni su una motrice ferroviaria (per scopi di manutenzione) e la misurazione delle deformazioni di una grande pressa da 65.000 tonnellate. “HBM rappresenta per noi un vero partner. Oltre a fornirci prodotti di alta qualità, ci supporta nella commercializzazione e ciò significa molto per un’azienda giovane come la nostra,” annuncia Sylvain Tremouilhac, Manager di Astrym.

Il software applicativo sviluppato da Astrym fu completato su un PC tradizionale, insieme al software di parametrizzazione ed elaborazione fornito e installato da HBM. Innanzitutto fu definita la parametrizzazione comprendente i numero di canali, scalature, unità di misura, incertezze, frequenza di acquisizione (500 Hz), formato di registrazione dei dati, e così via.

I dati registrati furono analizzati usando il software nCode GlyphWorks. “Volevamo un software che fosse facile da usare, con potente elaborazione e caratterizzato da una buona funzionalità di relazionamento, poiché lo scopo delle prove era quello di produrre risultati che fossero facili da analizzare senza perdere tempo nella conversione e gestione dei dati. nCode GlyphWorks offre tutte queste caratteristiche”, nota Sylvain Tremouilhac. Durante la dimostrazione a FFS, Astrym sviluppò in appena 15 minuti una procedura di analisi con GlyphWorks; la stessa procedura aveva richiesto due giorni di lavoro con il foglio di calcolo Microsoft Excel.

Una caratteristica particolarmente degna di nota di GlyphWorks è la capacità di gestire ogni prova individuale (o sua fase) e assegnare automaticamente il nome e la data ai file; il modo più pratico per individuarli in occasione di una successiva elaborazione dei dati. Durante le prove sul campo di gara, i software GlyphWorks e SoMat erano installati in un robusto tablet, per controllare e visualizzare direttamente i risultati dell’analisi.

Foto di apertura: Uso delle maniglie strumentate (2ª porta dalla destra) nel campo di allenamento della squadra francese di ski cross (Foto del Dipartimento Sport e Scienze di FFS)

Massimo Mortarino, responsabile comunicazione A&T

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