Новые технологии в спортивной индустрии

06.05.2025

Спортивная индустрия является одним из самых динамичных и быстрорастущих секторов в мировой экономике, оказывая влияние на различные рынки: производства спортивной одежды и инвентаря, телевизионного и интернет вещание, туризма и др. Но вместе с этим также растёт изготовление разнообразного промышленного оборудования. Спрос на высококачественное, технологически продвинутое оборудование значительно преобразил производственный сектор. Спортивная индустрия произвела революцию в проектировании, производстве и распространении товаров для спорта и активного образа жизни. Эта трансформация коснулась всех аспектов - от инновационных материалов до автоматизации производства.

Концепция носимых технологий уже давно используется в различных областях, таких как здравоохранение, спорт, развлечения, электроника, текстиль и оборонная промышленность. Благодаря возможностям, предоставляемым сенсорными и интернет-технологиями, за последние два десятилетия производители добились значительного прогресса в функциональности устройств, которые люди теперь часто используют в повседневной жизни. Гаджеты давно превратились в междисциплинарную область, куда входят инженерия, программирование, здравоохранение и спорт. Концепция носимых неинвазивных устройств и датчиков помогают проводить мониторинг активности и позволяют персонализировать мобильные вычисления на удалённых серверах дата-центра, возвращая результат в приложение или сразу на само устройство. Сейчас разработчики продвинулись ещё дальше, внедряя умный текстиль и спортивную одежду с различными, интегрированными в ткань, электронными компонентами. Пока эти образцы не вполне соответствуют основным требованиям, предъявляемым к одежде для занятий спортом (комфорт, лёгкость, теплоизоляция и воздухопроницаемость), но уже близки к необходимым показателям.

В профессиональном спорте высоких достижений используется ещё различное спортивное снаряжение, которое условно считается пригодным для ношения - однако на самом деле их нельзя носить на теле, и они относятся к категории интеллектуального оборудования, такого как устройство дистанционного отслеживания движений или мониторинга систем организма. Как правило, они очень сложные и дорогие, имеют в составе датчики, блоки связи, процессоры, исполнительные механизмы и источники питания.

Такие устройства революционизирует спорт, предоставляя данные в режиме реального времени спортсменам для улучшения тренировок, позволяя тренерам разрабатывать стратегии и предоставляя информацию для спортивной индустрии. Их применение способствует повышению спортивного мастерства и безопасности, а также предоставляет более увлекательные впечатления спортивным болельщикам и всем заинтересованным сторонам.

С сенсорного уровня информация, полученная от человеческого тела с помощью различных датчиков, передаётся в виде сигналов на второй уровень (процессор самого носимого устройства), используя аналого-цифровые преобразователи, цифровые входы, интегральную схему (I2C), универсальный асинхронный приёмник/передатчик. (UART), последовательный периферийный интерфейс (SPI) или аналогичными методами. В современном спорте такие миниатюрные гаджеты с датчиками или сенсорными системами предоставляют ценные данные, измеряя физиологические параметры, движение, положение и условия окружающей среды.

Физиологические данные включают в себя информацию, полученную в результате биологических процессов, происходящих в организме человека, и служат ценным источником информации о здоровье, работоспособности или общем состоянии человека. Среди датчиков, используемых для сбора физиологических данных, особое место занимают такие хорошо известные устройства, как электромиография (ЭМГ), электрокардиография (ЭКГ) и электроэнцефалография (ЭЭГ). Кроме того, система сбора физиологических данных включает в себя множество других датчиков: функциональной спектроскопии ближнего инфракрасного диапазона (fNIRS), оксиметра, датчиков артериального давления (BPS), кожно-гальванической реакции (GSR) и контроля дыхания.

В контексте спорта и смежных областей термин «биометрические данные» иногда используется для описания именно физиологических данных, полученных от спортсменов. Однако важно отличать это использование от области техники, где «биометрия» охватывает информацию, используемую с целью идентификации людей посредством анализа их биологических характеристик. Биометрическая проверка личности основана на неизменных физических или поведенческих характеристиках, уникальных для каждого человека, и считается неизменяемой.

Система ЭМГ измеряет электрическую активность мышц. Предоставляя такие данные, как мышечные сокращения и мышечная сила, она может предоставить информацию об уровне активности и работоспособности. Во время сокращения и расслабления мышц нейроны в мышечных волокнах вырабатывают электрические сигналы. Эта электрическая активность связана с движением мышц или изменением мышечного тонуса. Электроды ЭМГ обнаруживают и регистрируют её. Полученные сигналы усиливаются и обрабатываются, отражая величину, продолжительность, хронометраж и координацию мышечных сокращений.

Давно знакомая всем электрокардиография - это метод, который регистрирует активность сердца и предоставляет информацию о вариабельности сердечного ритма, сердечных аритмиях и состоянии сердечно-сосудистой системы. ЭКГ является ценным инструментом для оценки состояния здоровья и результатов деятельности спортсменов, поскольку она может отражать регуляцию вегетативной нервной системы, метаболические потребности и адаптацию сердца к физической нагрузке. Этот метод является важным инструментом для мониторинга состояния здоровья и результатов деятельности спортсменов, оптимизации программ физических упражнений и оценки состояния сердца. Электроды размещаются в определённых местах туловища и конечностей для улавливания сигналов, генерируемых деполяризацией и реполяризацией сердца. Некоторые производители бытовых коммерческих устройств для обывателей (умные часы и браслеты), заявляют, что их продукция тоже обладает возможностями проводить ЭКГ, но обычно они измеряют сердечные ритмы только в одном отведении - а такой функционал больше подходит для выявления тренировочной нагрузки или сердечных нарушений, чем для проведения комплексного анализа.

Датчики ЭЭГ измеряют мозговые волны с помощью электрических методов и предоставляют данные, связанные с мозговой активностью. Эти данные могут предоставить информацию о мозговой активности спортсмена, качестве сна, концентрации внимания и других факторах. Принцип работы ЭЭГ заключается в размещении металлических пластин, называемых электродами или датчиками, на коже головы. Эти электроды используются для определения электрической активности в головном мозге. Для мониторинга мозговой активности спортсменов также используются датчики функциональной ближней инфракрасной спектроскопии (fNIRS). Активность нейронов в головном мозге вызывает изменения в насыщении кислородом – а система использует излучение ближнего инфракрасного диапазона, излучаемое источником света, которое поглощается гемоглобином в тканях. При изменении насыщения гемоглобина кислородом изменяются и его абсорбционные свойства. Когда детектор обнаруживает отражённый или рассеянный свет от мозга, он измеряет изменения в насыщении гемоглобина кислородом и собирает эту информацию в виде набора данных.

Биомеханика - это применение принципов машиностроения к живым организмам, и она включает в себя исследования на уровне тканей и суставов. Биомеханика включает в себя применение сил к биологическим системам и, в частности, воздействие сил, приложенных к человеческому телу. В этой области данные о движении относятся к использованию датчиков для мониторинга движений скелета и мышечной активности спортсменов. В спорте основным методом, используемым для определения движения, является регистрация положения в трёхмерном пространстве от датчиков IMU. Если говорить точнее, то система представляет собой целый набор датчиков микроэлектромеханической системы (MEMS), каждый из которых ещё может содержать акселерометр, гироскоп и магнитометр. Акселерометр используется для измерения изменений ускорения, возникающих в результате приложения усилий. Гироскоп используется для определения величины углового поворота. Магнитометр используется для определения компенсационной ориентации датчика в зависимости от магнитного поля Земли.

Для определения силы и движения в спорте используются различные системы с датчиками типа «сэндвич», состоящие из пьезоэлектрических элементов, резисторов, конденсаторов и магнитных элементов, которые преобразуют механическую энергию в электрическую для формирования трибоэлектрических наногенераторных систем (TENG). В настоящее время они могут быть интегрированы в текстильную основу. Самыми оптимальными оказались ёмкостные датчики, представляющие собой пассивные элементы схемы, отслеживающие изменение ёмкости диэлектрического материала между двумя проводящими пластинами. Эти датчики являются предпочтительными из-за использования биологических материалов в качестве изолятора и открывают новые горизонты в измерении биопотенциала человека. Они не требуют контакта электродов с кожей, использования проводящей жидкости/геля или жёсткой фиксации, но при этом могут измерять так же точно и стабильно, как и другие системы.

В последние годы супергидрофобные покрытия привлекли большое внимание спортиндустрии, благодаря своим превосходным водоотталкивающим и самоочищающимся свойствам. Они имеют широкие перспективы применения для улучшения производительности и долговечности спортивного инвентаря (одежды, обуви, мячей, защитного снаряжения, экипировки). Недавние исследования показали, что эти покрытия могут улучшить водоотталкивающие свойства, уменьшить трение, усилить сцепление и продлить срок службы спортивных снарядов, предотвращая впитывание воды и уменьшая накопление грязи.

Растущая популярность зимних видов спорта привела к значительным изменениям на рынке личного ледового и снежного снаряжения. Спрос на эти предметы не только быстро растёт, но и диверсифицируется с точки зрения ценообразования, функций, качества, безопасности и дизайна продукции. Потребители становятся особенно заинтересованными в продуктах, которые включают новые меры безопасности, связанные с технологиями, включая использование искусственного интеллекта (ИИ) и Интернета вещей (IoT). Одним из примеров является смарт-терморегулирующая одежда, в которой используется новый двухмерный материал под названием MXene. Такие комбинезоны могут нагреваться всего за две секунды — функция, которая, как и следовало ожидать, пользуется популярностью у потребителей.

Среди других продуктов, включающих интеллектуальные функции, можно отметить магнитные линзы с электрическим подогревом, предотвращающие запотевание горнолыжных очков. Автоматический, мгновенный подогрев очков позволяет линзам оставаться незапотевающими при температурах от −30 до −40 °C, что делает катание на лыжах более безопасным. Умный горнолыжный шлем оснащён запатентованными функциями обнаружения падения и экстренного вызова. Если пользователь падает, встроенный высокоточный датчик автоматически отправляет местоположение и сигнал SOS на предварительно заданный экстренный контакт. Он также снабжается динамиками Bluetooth, которые позволяют лыжнику слушать музыку и принимать входящие звонки во время катания.