전문 신발에 통합된 Imu의 핵심 기능은 무엇인가요? 운동 능력 데이터 정밀도 향상

전문 신발에 통합된 관성 측정 장치(IMU)의 핵심 기능은 고주파 3축 가속도계와 자이로스코프를 사용하여 고정밀 사지 역학을 캡처하는 것입니다. 이 기술을 데이터 수집 프로세스에 직접 내장함으로써 연구원들은 복잡한 환경에서 신체적 노력과 기술적 실행을 객관적으로 정량화할 수 있습니다.

IMU는 결정적인 디지털 평가 도구 역할을 하며, 원시 움직임 데이터를 스프린트 빈도 및 공 배출 속도와 같은 실행 가능한 지표로 변환하여 운동 능력과 신발 디자인 간의 격차를 해소합니다.

하드웨어 기반

출력을 이해하려면 먼저 메커니즘을 이해해야 합니다. IMU는 단일 센서가 아니라 3차원 공간에서 움직임을 매핑하도록 설계된 구성 요소의 융합입니다.

3축 감지

IMU는 3축 가속도계와 자이로스코프를 통합합니다. 이 조합을 통해 움직임의 모든 세 축에 걸쳐 선형 가속도(속도 증가 또는 감소)와 각속도(회전)를 동시에 측정할 수 있습니다.

고주파 캡처

전문 분석에는 빠른 움직임을 캡처하기 위한 높은 샘플링 속도가 필요합니다. 고주파로 작동함으로써 IMU는 발뒤꿈치 충격 또는 공 차기의 정확한 순간과 같은 순간적인 동적 이벤트가 세밀한 정밀도로 기록되도록 보장합니다.

성능 부하 정량화

이 맥락에서 IMU의 주요 가치는 데이터를 두 가지 다른 유형의 부하로 분류하는 능력입니다. 이 구분은 일반적인 체력과 기술별 성능을 분리하는 데 중요합니다.

신체적 부하

이 지표는 선수의 생리적 출력과 관련이 있습니다. IMU는 달리기 거리 및 스프린트 빈도와 같은 표준 데이터 포인트를 추적하여 선수의 움직임의 양과 강도에 대한 기준선을 제공합니다.

기술적 부하

독특하게도 IMU는 스포츠별 분석에 필수적인 기술 기반 지표를 캡처합니다. 터치 빈도 및 공 배출 속도를 측정하여 선수, 신발 및 공과 같은 외부 물체 간의 기술적 상호 작용에 대한 깊은 통찰력을 제공합니다.

신발 디자인에서의 응용

수집된 데이터는 단순히 선수를 위한 것이 아니라 제조 및 디자인 프로세스를 위한 중요한 피드백 루프입니다.

생체 역학 평가

발 역학을 캡처하기 위해 센서를 배치함으로써 연구원들은 지면 반발력 및 수직 가속도 피크를 식별할 수 있습니다. 이 데이터를 통해 보행 주기를 정밀하게 분할할 수 있으며, 디자이너는 발뒤꿈치 충격 및 발가락 떼기 단계 동안 신발이 정확히 어떻게 작동하는지 이해하는 데 도움이 됩니다.

디지털 검증

IMU는 디자인 선택을 검증하기 위한 고효율 방법을 제공합니다. 제조업체는 주관적인 선수 피드백에 의존하는 대신 정량화된 "기술 부하"를 사용하여 특정 신발 디자인이 민첩성 또는 킥 파워와 같은 성능 지표를 개선하는지 또는 방해하는지 객관적으로 결정할 수 있습니다.

절충안 이해

IMU는 강력하지만 기술적 한계가 없는 것은 아닙니다. 이러한 함정을 이해하지 않고 원시 IMU 데이터에만 의존하면 부정확한 결론으로 이어질 수 있습니다.

센서 드리프트 및 오류 누적

관성 센서는 시간이 지남에 따라 누적 오류가 발생하기 쉬우며, 이로 인해 계산된 궤적이 실제와 달라질 수 있습니다. 시스템은 종종 보행 주기 중 "지지 단계" 동안 이러한 오류를 수정하기 위해 제로 속도 업데이트(ZUPT)와 같은 특정 알고리즘이 필요합니다.

배치의 복잡성

데이터의 정확성은 센서 위치에 크게 좌우됩니다. 예를 들어, 특정 보행 이벤트를 식별하려면 IMU가 느슨한 재료 움직임의 노이즈 없이 가속도 변화를 민감하게 포착하기 위해 신발 갑피 중앙에 단단히 고정되어야 합니다.

목표에 맞는 선택

IMU의 유용성은 측정하려는 것에 전적으로 달려 있습니다.

주요 초점이 신발 제조인 경우: 디자인 변경이 스포츠별 역학에 미치는 영향을 검증하기 위해 "기술 부하"(예: 공 배출 속도) 캡처를 우선시하세요.
주요 초점이 운동 훈련인 경우: "신체적 부하"(예: 스프린트 빈도)에 집중하여 양과 강도를 모니터링하고 선수의 출력이 훈련 목표와 일치하는지 확인하세요.
주요 초점이 생체 역학 연구인 경우: 장시간 데이터 수집 중 센서 드리프트를 완화하기 위해 시스템이 ZUPT와 같은 오류 수정 알고리즘을 활용하는지 확인하세요.

성공은 IMU를 단순한 추적기가 아니라 신체 역학을 디지털 성능 지표에 연결하는 진단 도구로 사용하는 데 있습니다.

요약 표:

기능	기능/측정 항목	신발 디자인에 대한 이점
3축 감지	선형 가속도 및 각속도 측정	높은 정확도로 3D 공간에서 움직임 매핑
고주파 캡처	높은 샘플링 속도	발뒤꿈치 충격 및 공 차기와 같은 세밀한 이벤트 캡처
기술적 부하	터치 빈도 및 공 배출 속도 측정	신발 디자인의 스포츠별 성능 검증
신체적 부하	스프린트 빈도 및 달리기 거리 추적	선수 노력 및 움직임 양 모니터링
오류 수정	ZUPT(제로 속도 업데이트)와 같은 알고리즘	장기 데이터의 신뢰성을 위해 센서 드리프트 완화

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참고문헌

José Augusto Losada-Benitez, José Carlos Barbero Álvarez. Quantifying technical load and physical activity in professional soccer players during pre-season matches with IMU technology. DOI: 10.3389/fphys.2023.1274171

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