Juoksun energiankulutuksen ennustaminen inertiaaliantureilla

Abstract

Kestävyysliikunnan, erityisesti juoksun, suosio on jo pitkään ollut suurta. Viime vuosien aikana ihmisten kiinnostus urheilusuoritustensa mittaamiseen on kasvanut. Teknologian kehittymisen myötä markkinoille onkin alkanut ilmestyä erilaisia laitteita ja sovelluksia liikunnan harrastajille oman kuntonsa seuraamiseen sekä sen kehittämisen tueksi. Yksi tällainen inertiaaliantureihin perustuva tuoteinnovaatio keskittyy juoksuaskeleen kinematiikan mittaamiseen. Tämän tutkimuksen tarkoituksena oli selvittää, voidaanko inertiaaliantureilla mitattujen kinemaattisten muuttujien avulla ennustaa juoksun energiankulutusta. Tutkimuksessa oli 16 koehenkilöä (5 naista ja 11 miestä), jotka kaikki kuuluivat samaan maratonkouluun. Mittaukset suoritettiin juoksumatolla VO2max-testin yhteydessä, jossa energiankulutusta mitattiin hengityskaasuanalysaattorin avulla. Tilastollisesti kinemaattisten muuttujien ja suhteellisen sekä kokonaisenergiankulutuksen välisiä suhteita eri juoksunopeuksilla tutkittiin korrelaatiokertoimien ja lineaarisen regressioanalyysin avulla. Lisäksi tutkimuksessa tarkasteltiin graafisesti inertiaaliantureilla mitattujen kinemaattisten muuttujien käyttäytymistä eri juoksunopeuksilla ja verrattiin näitä tuloksia aiempien tutkimusten tuloksiin. Tässä tutkimuksessa juoksun kinemaattisten muuttujien ja energiankulutuksen välillä ei havaittu merkittävää yhteyttä. Kinemaattisten muuttujien ja energiankulutuksen väliset korrelaatiokertoimet eivät olleet tilastollisesti merkitseviä, ja niiden arvot vaihtelivat positiivisten ja negatiivisten arvojen välillä eri juoksunopeuksilla. Tulosten perusteella ei voida tehdä päätelmiä siitä, miten tietyn kinemaattisen muuttujan arvon muuttuminen vaikuttaa energiankulutukseen. Vain askeltiheyden ja kokonaisenergiankulutuksen välinen korrelaatiokerroin oli kaikilla nopeuksilla negatiivinen. Lineaarisella regressioanalyysillä ei löytynyt yhtäkään tilastollisesti merkitsevää tulosta, jossa jollakin taustamuuttujien ja kinemaattisten muuttujien yhdistelmällä voitaisiin selittää juoksun energiankulutusta. Nämä tulokset viittaavat siihen, että luotettavan mallin löytäminen energiankulutuksen ennustamiseen kinemaattisten muuttujien avulla on haastavaa. Luotettavien tulosten saamiseksi koehenkilöjoukko oli kuitenkin liian pieni ja juoksutaustansa puolesta hyvin homogeeninen. Kinemaattisten muuttujien käyttäytymistä eri juoksunopeuksilla verrattiin aiempien tutkimusten tuloksiin. Vertailun perusteella voidaan todeta, että tässä tutkimuksessa näiden muuttujien arvojen muutokset olivat hyvin samankaltaisia kuin muissa juoksumatolla tai tasaisella alustalla tehdyissä juoksututkimuksissa. Vain askeleen jarrutusvaiheen aikaisen nopeuden hidastumisen tulokset olivat ristiriidassa aiempien tutkimustulosten kanssa.

The popularity of endurance exercise, especially running, has long been wide. In recent years, people's interest in the measurement of their athletic performance has increased. Technological advances have made it possible that consumer devices and applications have appeared for fitness enthusiasts to monitor their own condition, and to support its development. One such product innovation, based on inertial sensors, focuses on the measurement of running stride kinematics. The purpose of this study was to determine if it is possible to predict the energy expenditure of running with the kinematic variables. The study had 16 subjects (5 female and 11 male), who all belonged to the same marathon school. The measurements were carried out on a treadmill during the VO2max test. The energy expediture was measured by a respiratory gas analyzer. The relationships between the kinematic variables and energy expenditure were examined statistically using correlation coefficients and linear regression analysis. In addition, the study examined graphically the changes of kinematic variables, measured by inertial sensors, between different running speeds and compared the results with those of previous studies. No remarkable relationships between the kinematic variables and the energy expenditure were found in these study. The correlation coefficients between the kinematic variables and energy expenditure were not statistically significant, and their values ranged between positive and negative values between different running speeds. Based on the results, it can not be concluded how a change in the value of a kinematic variable affects the energy expenditure. Only the correlation coefficient between the stride rate and the total energy expenditure was negative at all speeds. Linear regression analysis did not find any statistically significant results with any combination of the background variables and kinematic variables, which could explain the energy expenditure of running. These results suggest that finding a reliable model for predicting the energy expenditure using kinematic variables is difficult. Moreover, the number of subjects in this study was too small and their running background was very homogeneous in order to obtain reliable results. Changes in the values of the kinematic variables between different running speeds were compared with the results of previous studies. Based on the comparison, it can be concluded that in this study the changes in the values of these variables were very similar to the results of other studies on the treadmill or overground running. Only the results of the deceleration of the running speed during braking phase disagreed with results of the previous studies.