‘Bản sao số’ trao thêm cơ hội cho các tay bơi
Tại Olympics Paris 2024, các bản sao số sẽ trở thành một nguồn lực mới cho các tay bơi có thêm nhiều cơ hội phá vỡ kỷ lục của mình và giành huy chương vàng.
Vào cuối tháng 7 này, những người hâm mộ thể thao sẽ được tận mắt chứng kiến màn tranh tài của các tay bơi nhanh nhất thế giới ở bể bơi thuộc khu Paris La Défense Arena, Nanterre, Pháp. Với các vận động viên, cơ hội đến Pháp để cạnh tranh huy chương Olympics thực sự là một giấc mơ.
Việc chuyển ước mơ Olympics thành hiện thực đòi hỏi nhiều năm khổ luyện và chỉ có một số rất nhỏ vận động viên có thể thành công. Thông thường, với đội tuyển Mỹ, một tay bơi chỉ có thể nhận được vé mời tham gia các cuộc tuyển chọn vào đội tuyển quốc gia khi lọt vào top 60 hoặc 80 quốc gia ở từng nội dung. Sau đó, chỉ có bốn vận động viên có thành tích xuất sắc nhất từng nội dung tuyển chọn – hai nam và hai nữ – mới được ghi tên vào danh sách đội tuyển quốc gia dự Olympics.
Vậy các huấn luyện viên chuẩn bị cho các niềm hy vọng Olympics thế nào? Họ có đào tạo được các học trò của mình bơi giống như các nhà vô địch Olympics như Katie Ledecky và Michael Phelps, với giấc mơ lặp lại thành công của họ không? Rõ ràng là không thể. Các tay bơi có vóc dáng, hình thể khác nhau và lại càng khác biệt nhau về sức mạnh. Đội tuyển bơi Olympics cũng không thể tự thi đấu hoàn toàn giống như khi tập luyện ở nhà.
Nhưng toán học, vật lý và công nghệ đã làm cách mạng hóa môn bơi. Ý tưởng chính của việc sử dụng các môn khoa học là trong một vấn đề vật lý và toán học phức tạp thì những chi tiết sinh cơ học và thủy động lực học đều là những biến. Bằng việc tối ưu các biến đó, các tay bơi có thể chạm gần đến sự hoàn hảo. Ngày nay sự tiên tiến của công nghệ cảm biến đã đưa ý tưởng này thành hiện thực với việc toán học và vật lý đem lại thông tin hữu dụng, vì vậy các huấn luyện viên có thể “huấn luyện chính xác” các tay bơi Olympics của mình.
Các lực trong khi bơi
Bản chất phổ quát trong lực chuyển động của Newton chi phối không chỉ hệ mặt trời của chúng ta mà còn những chuyển động nhỏ của một tay bơi. Khi một tay bơi nhảy xuống bể và bắt đầu tạo ra gợn sóng để đẩy họ tiến lên phía trước, lực của Newton chi phối sự kết nối giữa các lực đẩy được tạo ra và dẫn đến sự gia tốc cho cơ thể họ.
Ví dụ, trong chung kết nội dung 50 mét bơi tự do, tám vận động viên cùng thả người, vung tay đập nước với mục tiêu để hoàn thành chặng bơi đầu tiên. Không chỉ là cuộc cạnh tranh giữa các vận động viên, đây còn lại cuộc cạnh tranh cá nhân chống lại lực quán tính (do lực đầu tiên của Newton mô tả) và lực gia tốc (do lực thứ hai của Newton mô tả), và họ phải tạo ra các lực đẩy cơ thể mình về điểm đích (lực thứ ba của Newton mô tả) trong hi vọng giành huy chương vàng.
Tập luyện với bản sao số
Olympics Games 2024 sẽ là dịp đầu tiên để cho chín trong số các vận động viên xuất sắc thử nghiệm sự hướng dẫn của bản sao số. kể từ năm 2015, nhóm nghiên cứu ở ĐH Emory và ĐH Virginia, đã trang bị cho các vận động viên các thiết bị được gọi là bộ phận đo đạc quán tính để ghi lại gia tốc, định hướng và lực của cơ thể mình. Không giống như video số, vốn ghi lại 24 khung hình mỗi giây, các cảm biến này nắm bắt thông tin nhiều gấp 512 lần mỗi giây.
Trong khi các tay bơi trải qua một số kiểm tra khi đeo các cảm biến này trên cổ tay, mắt cá nhân hoặc lưng, dữ liệu cho thấy tác động của sự gia tốc của từng người từ mỗi lần xoay người, vung tay quạt nước, kéo, đá.
Gần đây, các nhà nghiên cứu bắt đầu sử dụng các cảm biến tiên tiên đo đạc lực tạo ra từ bàn tay của các vận động viên. Các loại dây đeo công nghệ cao này đo đạc áp suất khác biệt giữa lòng bàn tay và cạnh bàn tay, tiết lộ hướng của lực. Đó là những đánh giá thuần túy trước đây thông qua việc nhìn vào vận động viên ở dưới nước và giờ có thể được tinh lọc và hiển thị thành một loạt biểu đồ và đồ thị mà qua đó có thể chứng tỏ được sự phân bố lực trong theo mọi hướng – về phía trước, sang bên trái hoặc bên phải, hướng lên hoặc hướng xuống. Lực tác dụng lên bất cứ hướng nào ngoài hướng về phía trước đều được coi là lãng phí.
Các nhà nghiên cứu sử dụng các con số thu thập được để tạo ra một bản sao số của một vận động viên, nắm bắt các chuyển động của họ trong từng mili giây. Họ đã tập hợp được một cơ sở dữ liệu lớn về các bản sao số từ hơn 100 vận động bơi xuất sắc nhất Mỹ.
Dựa vào những bản sao số này, họ có thể đưa ra những nhận xét mà ngay lập tức có thể cải thiện kỹ thuật, đưa ra những đề xuất cho chiến lược cạnh tranh và điểm những mục tiêu thúc đẩy dài hạn – tất cả cùng theo đuổi một kế hoạch cạnh tranh tối ưu.
Các nhà nghiên cứu sử dụng các con số thu thập được để tạo ra một bản sao số của một vận động viên, nắm bắt các chuyển động của họ trong từng mili giây. Dựa vào những bản sao số này, họ có thể đưa ra những nhận xét mà ngay lập tức có thể cải thiện kỹ thuật, đưa ra những đề xuất cho chiến lược cạnh tranh
Dưới góc độ kỹ thuật, các nhà nghiên cứu có thể nhận diện về mặt số hóa những sức mạnh và điểm yếu so sánh của một vận động viên mà vận động viên không cần thực hiện một cuộc thi tài nào. Nếu tìm ra một thiếu sót kỹ thuật thì huấn luyện viên có thể lập tức đưa một cuộc huấn luyện chỉnh sửa ngay lập tức. Các bản sao số này thậm chí còn định lượng được mức độ nghiêm trọng của thiếu sót dạng này. Và nhờ các phương trình của Newton và dữ liệu gia tốc, họ có thể dự đoán được một cách chính xác thời gian mà một vận động viên có thể rút ngắn. Đó là kết quả của việc tích hợp số từ dữ liệu gia tốc bởi những giá trị đó là một phần của các tính toán về vận tốc. Đó là nhờ Newton và các phép tính nổi tiếng của ông!
Các sai sót thường là tư thế đầu không đúng, chân đập quá thấp (có thể là nguyên nhân bơi chậm), việc quay cơ thể thiếu cân bằng, và thở không hiệu quả. Với đường bơi ếch thì đây chính là phần thân dưới chìm dưới nước và đôi chân đạp kiểu ếch. Mục tiêu là bảo vệ cho khả năng càng tăng tốc độ nhiều càng tốt ngay từ khi nhảy xuống nước và lao nhanh từ thành bể. Bạn có thể nghĩ là chỉ có một chút cơ hội để cải thiện những pha này của bơi ếch bởi vì người bơi dường như chả làm được gì cả. Các cuộc tranh tài luôn luôn là được hoặc mất, thắng hoặc thua, và có thể là các kỷ lục được lập ngay từ những phần đua tưởng chừng chả ý nghĩa mấy này.
Vào tháng 11/2020, các nhà nghiên cứu tạo ra một bản sao số Douglass, một nhà nghiên cứu trong nhóm, vốn là một vận động viên. Dẫu 200 mét bơi ếch không phải là sở trường của Katherine Douglass nhưng với bản sao số của cô được tạo ra thì cả nhóm biết rằng, cô có năng lực thể chất và năng lực hiếu khí để cạnh tranh ở tầm cỡ vô địch thế giới. Họ đã chạy các mô phỏng và sau đó tạo ra một danh sách các đích cơ hội, nếu như cô theo đuổi các cuộc thi bơi ếch. Vị trí đầu của cô là một điểm quan trọng cho thành công. Chúng tôi đã lấy một vị trí đơn giản của Lilly King, nhà vô địch Olympic 2016 để so sánh. Bởi vì đầu của Douglass bị nghiêng so với “mặt phẳng” cơ thể của cô lúc ở dưới nước (thấp hơn cơ thể), người ta có thể thấy điều đó đã tạo ra nhiễu loạn và lực đẩy gia tăng như thế nào. Bản sao số dẫn các nhà nghiên cứu định lượng được sự đáng kể của thiếu sót này. Việc sử dụng các phương trình toán học từ các lực chuyển động của Newton, nhóm nghiên cứu dự đoán là cô sẽ có thể giảm đi được từ 0,1 đến 0,15 giây mỗi lần lượt bể chỉ bằng chấp thuận tư thế đầu mới. Trong nội dung 200 mét ếch, một vận động viên sẽ có bốn vòng bể, vì vậy nhóm nghiên cứu dự đoán là nhận xét là cuối cùng, cô có thể giảm đi được 0,4 đến 0,6 giây.
Bội Linh tổng hợp
