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En julio, los aficionados al deporte de todo el mundo podrán ver a los nadadores más rápidos del mundo saltar desde la línea de salida hacia la piscina olímpica del estadio Paris La Défense Arena en Nanterre, Francia, un suburbio al oeste de París. Para los atletas olímpicos, la oportunidad de competir en estos juegos será un sueño hecho realidad.

Para convertir los sueños olímpicos en realidad es necesario años de compromiso totaly sólo unos pocos, muy pocos, logran llegar. Sólo los 60 a 80 mejores atletas del país recibirán una invitación a las pruebas olímpicas para cada evento de natación. Y sólo los cuatro mejores atletas en esas pruebas (dos en la categoría masculina y dos en la categoría femenina) ingresarán al equipo olímpico. Además de estas altas probabilidades, las carreras a menudo se deciden por meras centésimas de segundo.

¿Cómo deben actuar los entrenadores? preparar a los aspirantes olímpicos¿Deberían enseñar a sus atletas a nadar como Katie Ledecky y Michael Phelps¿Y si sueñan con repetir su éxito? Definitivamente no. Los atletas tienen distintas formas y tamaños y tienen distintas fortalezas y debilidades. El estilo de los atletas olímpicos no tiene nada que ver con el movimiento de reparación casera, en el que una simple búsqueda en Internet revela la respuesta correcta.


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En cambio, las matemáticas, la física y la tecnología han revolucionado la natación. La idea es que las minucias biomecánicas e hidrodinámicas son variables en un problema físico y matemático complejo. Al optimizar estas “variables”, los nadadores pueden alcanzar casi la perfección. Hoy, la llegada de la tecnología de sensores ha convertido esta idea en una realidad en la que las matemáticas y la física producen información útil para que los entrenadores puedan “entrenar con precisión” a los aspirantes olímpicos de 2024. Los resultados han sido enormemente exitosos.

Fuerzas de natación

La naturaleza universal de Leyes del movimiento de Newton Las leyes de Newton no sólo rigen nuestro sistema solar, sino también los movimientos diminutos de un nadador. Cuando un nadador se zambulle en una piscina y comienza a ondular para impulsarse hacia adelante, las leyes de Newton rigen la relación entre las fuerzas de propulsión generadas y la aceleración resultante del cuerpo del nadador.

Por ejemplo, en la final olímpica de 50 metros libres, ocho atletas golpean sus extremidades con el objetivo de completar una vuelta en la piscina antes. En lugar de una competición entre atletas, la carrera es la batalla individual de cada nadador contra otro. La física de la inercia (descrito en Primera ley de Newton) y la fuerza de arrastre (descrita en la segunda ley de Newton), y deben crear fuerzas que muevan su cuerpo hasta la meta (tercera ley de Newton) con la esperanza de obtener una medalla de oro.

Formación en gemelos digitales

Este Juegos Olímpicos de verano Será la primera vez que nueve de los nadadores de élite serán guiados por sus gemelo digitalDesde 2015, equipos de investigadores de la Universidad Emory y de la Universidad de Virginia, dirigidos por uno de nosotros (Ono), han equipado a los nadadores con dispositivos llamados unidades de medición inercial para registrar la aceleración, la orientación y la fuerza de su cuerpo. A diferencia del vídeo digital típico, que graba 24 fotogramas por segundo, estos sensores capturan información 512 veces por segundo.

Mientras los nadadores pasan por una batería de pruebas usando estos sensores en sus muñecas, tobillos o espalda, los datos muestran el impacto en su aceleración de cada rotación, salpicadura, tirón y patada.

Recientemente hemos empezado a utilizar sensores avanzados que miden la fuerza generada por las manos de un deportista. Estas bandas de alta tecnología miden la diferencia de presión entre la palma y el lateral de la mano, revelando la dirección de la fuerza. Lo que antes se evaluaba simplemente observando al nadador por encima del agua ahora se puede resumir en una serie de gráficos que muestran la distribución de la fuerza en todas las direcciones hacia delante, hacia los lados, hacia arriba y hacia abajo. La fuerza aplicada en cualquier dirección que no sea hacia delante es fuerza desperdiciada.

Utilizamos estos flujos de números para crear un gemelo digital del atleta, que captura sus movimientos con una precisión de milisegundos. Hemos reunido una enorme base de datos de gemelos digitales de más de 100 de los mejores nadadores de Estados Unidos.

Con estos gemelos digitales, podemos hacer recomendaciones que mejoren inmediatamente la técnica, ofrecer sugerencias para la estrategia de carrera y señalar objetivos aspiracionales a largo plazo, todo en pos del plan de carrera óptimo.

En términos de técnica, podemos identificar digitalmente las fortalezas y debilidades comparativas de un atleta sin una carrera en vivo. Si encontramos un fallo técnico, un entrenador puede ofrecer un entrenamiento de precisión inmediato para solucionarlo. El gemelo digital incluso cuantifica la gravedad de un fallo. Y gracias a las ecuaciones de Newton y los datos de aceleración, podemos predecir con precisión el ahorro de tiempo que un atleta puede esperar con un cambio determinado. Todo se reduce a la integración numérica de los datos de aceleración porque estos valores son parte de los cálculos de velocidad. ¡Gracias, Newton y tu cálculo!

Los defectos incluyen una mala posición de la cabeza, piernas demasiado bajas (que pueden causar un efecto de anclaje y desaceleración), una rotación corporal desequilibrada y una respiración ineficiente. Considere la ejecución de la línea aerodinámica en la brazada, que es la fase de deslizamiento bajo el agua de la brazada. El objetivo es conservar la mayor cantidad de velocidad posible después del salto inicial y después de impulsarse con fuerza contra la pared en los giros de salida. Puede pensar que hay pocas oportunidades de mejora en estas fases de la brazada porque el nadador parece no estar haciendo nada. Sin embargo, se pueden ganar o perder carreras, y se pueden establecer récords, durante este deslizamiento aparentemente inocuo.

En noviembre de 2020, creamos un gemelo digital de una de nosotras (Douglass), que en ese entonces era nadadora universitaria. Aunque los 200 metros braza no estaban en la lista de carreras de Douglass debido a su tiempo, a las pocas horas de compilar su gemelo digital, supimos que tenía tanto la capacidad física como la capacidad aeróbica para competir a nivel de campeonato mundial. Realizamos las simulaciones y luego hicimos una lista de objetivos de oportunidad si decidía practicar braza.

Ken Ono (imágenes); Amanda Montañez (líneas y etiquetas)

La posición de la cabeza fue la clave de su éxito. Tomemos como ejemplo la posición estilizada de la medallista de oro olímpica de 2016 Lilly King (Panel superior en la imagen de arriba) para comparar. Debido a que la cabeza de Douglass estaba inclinada con respecto al plano de su cuerpo (panel inferior), se puede ver cómo eso introduciría turbulencia y resistencia adicionales. Su gemelo digital nos permitió cuantificar la importancia de esta falla. Utilizando ecuaciones matemáticas que surgen de las leyes del movimiento de Newton, predijimos que podría ganar entre 0,1 y 0,15 segundos por deslizamiento aerodinámico al ajustar la posición de su cabeza. En la prueba de 200 metros braza, un atleta realiza cuatro de estos deslizamientos aerodinámicos, por lo que predijimos que esta recomendación podría ahorrar entre 0,4 y 0,6 segundos.

Después de tres años de trabajo, la técnica mejorada de Douglass le permitió reducir en 0,44 segundos su tiempo en los 200 metros braza. Unos meses después, en 2023, batió el récord estadounidense en la prueba con un tiempo de dos minutos y 19,3 segundos, lo que supone una reducción de 0,29 segundos respecto del récord anterior, de 2012.

Los gemelos digitales también desempeñan un papel importante en la elaboración de estrategias de carrera. El análisis de un gemelo puede dar lugar a sugerencias de cambios en el ritmo, la sincronización de los movimientos corporales, el número de patadas realizadas en las distintas fases y los patrones de respiración recomendados. ¿Debe un atleta respirar por ambos lados en estilo libre? ¿Cuántas respiraciones debe realizar en un sprint de 100 metros?

Al experimentar virtualmente con el doble digital de un atleta, podemos ejecutar fácilmente diferentes escenarios de carrera para determinar el plan de carrera óptimo de ese nadador, su “fórmula” para el éxito.

No hay dos fórmulas iguales. Al intentar mejorar las estrategias de dos nadadores de braza de élite, compararon la aceleración de su gemelo digital Durante la primera fase de una “retirada”, que se lleva a cabo bajo el agua y consiste en un poderoso impulso contra la pared seguido de un deslizamiento aerodinámico y, al final, una patada de delfín. Graficamos la aceleración en la dirección de la natación y descubrimos que la nadadora “naranja” en el gráfico de abajo tenía una línea aerodinámica extraordinaria, casi sin desaceleración. La nadadora de braza naranja también tenía una patada de delfín más débil, que ejecutó casi un segundo antes que la otra nadadora. En términos de estrategia, la nadadora naranja podría considerar retrasar la patada de delfín debido a su línea aerodinámica superior y patada débil. Mientras tanto, la nadadora azul desaceleró significativamente en el deslizamiento pero mostró una patada potente. Esa nadadora de braza podría querer patear antes para mitigar la inferioridad de su deslizamiento. Al ejecutar diferentes simulaciones, confirmamos estas especulaciones, determinamos el momento óptimo de cada fase de la brazada y estimamos el ahorro de tiempo esperado para empezar. ¿Por qué adivinar?

El gráfico de líneas muestra los patrones de aceleración de los nadadores “naranja” y “azul” durante aproximadamente tres segundos, desde el impulso hasta la patada de delfín.

Por último, este enfoque cuantitativo del análisis de la natación puede ayudar a formular objetivos aspiracionales que pueden convertirse en realidad después de meses o años de entrenamiento intensivo. Algunas de las simulaciones deseadas no son realistas dada la capacidad aeróbica actual de un atleta. Después de todo, el gemelo digital no siente el dolor de los músculos quemados y los pulmones privados de oxígeno. Uno de esos objetivos podría ser la incorporación de otro delfín que patee el salto en el sprint de 100 metros mariposa, algo que requiere un mayor consumo de oxígeno pero puede reducir 0,1 segundos el tiempo de un nadador. Un entrenador podría ayudar a un atleta a aumentar su capacidad aeróbica transformando esa simulación poco realista en una auténtica estrategia de carrera en la etapa más alta de la competición.

El regreso de los Juegos Olímpicos a París después de una pausa de 100 años ofrece una oportunidad elegante para reflexionar sobre un pilar central de los Juegos Olímpicos: su oferta de una tradición consistente a un mundo en constante evolución. Durante la competencia, El Sena seguirá fluyendoy la Torre Eiffel seguirá presidiendo muchos de los mismos eventos que hace un siglo. Sin embargo, entre estos hitos estoicos hay una ciudad y unos juegos que han sido indudablemente alterados por la era moderna, una era llena de ciencia, electrónica y una abundante oferta de recursos. saltos en la tecnología Los Juegos Olímpicos de Tokio 2020 tendrán como resultado saltos igualmente magníficos en el rendimiento, con hazañas atléticas que habrían sido literalmente inimaginables hace 100 años. Estos atletas, armados con grandes cantidades de datos, técnicas de entrenamiento refinadas y análisis complejos, demuestran la belleza de los Juegos como motor y muestra de lo que los humanos y la tecnología pueden lograr, redefiniendo nuestros límites comunes.

Millones de personas seguirán las pruebas de natación que se desarrollarán en el estadio La Défense de París. Muchos nadadores estadounidenses harán historia olímpica con medallas y récords, y para algunos, su doble digital estará oculto en una computadora, fuera de la vista, pero de alguna manera también será parte del equipo.