Akademik Veri Yönetim Sistemi
Altun K. (Yürütücü), Yücel H. S.
TÜBİTAK Projesi, 2025 - 2027
Bu projede, giyilebilir sensörlerden alınan veriler işlenerek, voleybolcularda sıçrama ve smaç hareketleri esnasında oluşabilecek asimetrileri ölçen bir sistem geliştirilecektir. Spor hareketlerinde asimetri, sağ ve sol bacakta ve/veya ön ve arka kaslardaki dengesiz yük anlamına gelmekte olup sporcu yaralanmalarına yol açabilmektedir. Bu nedenle, bir sporcunun sıçrama hareketlerindeki asimetrinin ölçülmesi önem taşımaktadır. Örneğin, voleybol hareketlerinden biri olan smaç hareketi, hazırlık, yaklaşma, sıçrama, topa vurma, ve inme evrelerinden oluşmaktadır. Burada sıçrama ve inme evreleri esnasında sağ ve sol bacakta oluşan yüklerin dengeli olması beklenmelidir. Bu hareketler esnasında asimetrinin ölçümü için günümüzde kullanılan yöntem, hareketlerin spor salonlarında bulunan kuvvet platformu üzerinde yapılması, buradan yerin tepki kuvvetinin (ground reaction force, GRF) sağ ve sol ayak için ölçülmesi ve buradan asimetrinin tahmin edilmesidir. Ancak bu yöntem yalnızca yere uygulanan kuvveti ölçmekte, kaslarda oluşan kuvveti doğrudan ölçmemektedir. Yöntemin bir başka dezavantajı da ölçümün yapılabilmesi için pahalı ve görece taşınabilirliği zor bir kuvvet platformuna ihtiyaç duyulmasıdır. Bu projede, giyilebilir yüzey EMG ve ivmeölçer ve jiroskop gibi ataletsel sensörlerin (IMU) asimetri ölçümünde kullanımı incelenecektir. Proje başarıyla tamamlandığında, asimetri ölçümünün yapılması için bir kuvvet platformuna ve hatta bir spor salonuna bile ihtiyaç duyulmaması, herhangi bir yerde yapılabilmesi mümkün olabilecektir. Projede hedeflenen, sıçrama hareketlerinde aktif olan kaslar için, hem sıçrama hem de inme evresinde, her bir kastaki kuvveti zamana bağlı birer fonksiyon olarak belirleyebilmektir. Daha sonra buradan maksimum güç, kuvvet üretim hızı (rate of force development, RFD) vb. çıkarımlar yapmak mümkün olabilecektir.
Proje kapsamında, insan vücudunun görece düşük ve yüksek serbestlik derecelerine sahip iki dinamik modeli, sıçrama hareketlerine uygun olacak biçimde çıkarılacaktır. Bu modeller hem analitik denklemler, hem de açık kaynaklı bir kas-iskelet sistemi modelleme yazılımı olan OpenSim’de [Seth, 2018] tanımlanacaktır. Dinamik modeller, konum, hız, ivme gibi IMU ile ölçülebilen ya da tahmin edilebilen kinematik değişkenler ile, kuvvet ve tork gibi dinamik değişkenler arasındaki fizik kurallarını modelleyen ikinci derece nonlineer diferansiyel denklemlerdir. Bir hareketin her aşamasında bu denklemler sağlanmak zorunda olduğundan, ölçümler için iyi tanımlı kısıtlar yaratmaktadır. Bu nedenle, kas kuvvetlerinin ayrı ayrı tespiti için projemizde bir fizik bilgili yapay sinir ağı modeli geliştirilecektir. Bu modelin, dinamik denklemlerden gelen kısıtları kayıp fonksiyonunda kullanarak, görece kısıtlı (sparse) miktarda IMU verisinden de öğrenmeyi mümkün kılması hedeflenmektedir.
Projenin özgün yönleri, (1) çalışmanın bilgimiz dahilinde ilk kez voleybol hareketlerine uygulanacak olması, (2) insan vücudunun bir dinamik modeli ile giyilebilir sensör verilerinin birleştiriliyor olması, (3) az sayıda IMU kullanarak yalnızca kinematik verilerin değil, kuvvet verilerinin de tahmin edilecek olması, (4) elde edilen veriler ile bulunacak asimetrilerin kaynağının ve nedenlerinin ortaya konması olarak sayılabilir.
Proje başarıyla tamamlandığında, giyilebilir sensörlerden asimetri ölçümü yapan bir sistem ve antrenörlerin bu sistemi kullanabilmesini sağlayan biri yazılım geliştirilmesi hedeflenmektedir. Bu sistem, profesyonel sporcuların kas kuvvet profillerinin bulunmasına olanak vermesinin yanı sıra, özellikle anadoluda spor salonu gibi imkanları kısıtlı olan yerlerde de ölçümlerin yapılmasını mümkün kılabilecektir. Bu şekilde, 12. Kalkınma Planında spor alanında vurgulanan, spor profesyonellerinin niteliğinin artırılması, ve yetenekli sporcuların erken yaşta tespit edilmesi hedeflerine de doğrudan katkı sunacaktır.