Acelerómetros en deporte, ¿sabemos y entendemos realmente lo que son? OPINIÓN

Acelerómetros en deporte, ¿sabemos y entendemos realmente lo que son? OPINIÓN

En mi última colaboración con la selección Letona de Fútbol he tenido la suerte de poder trabajar con tecnología puntera en alto rendimiento. Uno de los “devices” que utilizábamos para cuantificar la carga era un dispositivo GPS que, en este caso, incluía un acelerómetro de 1000 Hz (WIMU, Realtrack Systems). Previamente había trabajado con otras marcas de GPS, pero una de las razones que me llevaron a adquirir esta en concreto fue la inclusión de ese acelerómetro de 1000 Hz. Por aquel entonces, no tenía mucha experiencia en el uso de acelerómetros, por lo que, pobre de mí, asocié que el dispositivo calcularía las aceleraciones que tanto nos gusta cuantificar a los preparadores físicos de dicho acelerómetro a una frecuencia bastante buena, con lo que los problemas de fiabilidad y validez que comentaban los artículos científicos estarían en parte, solucionados. Hasta aquí, todo muy bonito, me encontraba en una situación y, sobre todo, había hecho una auto-conjetura que, estoy seguro al 100%, la mayoría de nosotros habría hecho. Y es que, tras casi tres años trabajando con este dispositivo, tanto en fútbol como en en otro deportes de movimiento lineal, e incluso en el fitness, gracias a la posibilidad de interpretación de la señal en bruto del acelerómetro que ofrece esta marca desde su propio software (cosa que los demás, ninguna, a mi conocimiento) me he dado cuenta de que estaba bastante equivocado. Recientemente estoy acudiendo a diversos congresos, exposiciones, seminarios y charlas con varios compañeros, y no paro de escuchar información relativa a acelerómetros, y me doy cuenta, que mucha de esas personas, realmente poseen información errónea; bien porque no han utilizado un acelerómetro nunca, o porque no se han parado a estudiar y pensar realmente en la señal en bruto, si no en datos ya calculados que aportan los diversos softwares.  Por ello, debido a que tengo la suerte de tener bastante información almacenada sobre señales de acelerometría en diferentes casos, y, además, la posibilidad de enseñarla, he decidido escribir esta entrada en mi blog.

No es objetivo de este post explicar lo que dice la literatura científica sobre los acelerómetros ya que si no ser haría muy extenso, aunque creo que el siguiente video podría explicar de forma sencilla la teoría y su definición:

Dicho ésto y esclarecido un poco más el uso de los acelerómetros en deporte, sería necesario comentar, también de forma muy breve, los tipos de señales que se van a observar a continuación:

  • ACELT: la resultante de la aceleración, calcula a raíz de cada eje (xyz)
  • ACEL eje: la aceleración en cada eje (el objetivo era evaluar la ACELT en todos los casos, con lo que la colocación del acelerómetro en cada eje puede ser engañosa, sólo se aporta esta información para mostrar las diferencias entre los ejes sin importar qué eje es).
  • EULER_Z: los grados en el eje Z según el sistema EULER, que en este caso, sería el eje vertical a la tierra
  • Velocidad elevación: velocidad lineal extrapolada a partir del eje vertical de la tierra

 

Es curioso cómo, en muchas de estas conferencias y charlas, es habitual encontrar a Sport Scientists y/o preparadores físicos hablando de tecnología de GPS / acelerometría, como igual de usual es leer artículos al respecto en validaciones y demás, con información, a veces, muy técnica. Pero, ¿cuántos de nosotros hemos oído hablar a expertos reales, como podrían ser ingenieros industriales o en telecomunicaciones, de las bondades / defectos de estos sistemas? Personalmente he tenido la suerte de poder hacerlo muchas veces con los técnicos especialistas de WIMU en concreto, donde, entre otras cosas, me ayudaron a entender la señal del acelerómetro. Entiendo que la obsesión actual sea obtener la aceleración lineal de un acelerómetro y, de ella, la velocidad de desplazamiento, distancia recorrida etc…pero, ¿es esto realmente posible de calcular con elevada fiabilidad? A día de hoy, no conozco personalmente ninguna marca que sea capaz de calcular de forma fiable la velocidad de desplazamiento EN DEPORTES DE MOVIMIENTO LIBRE. Y, ¿porque pongo esto en mayúsculas? Creo que es importante aclarar que la dificultad de calcular la velocidad de desplazamiento en estas situaciones, como veremos a continuación, reside en que el acelerómetro detecte, en primer lugar, la dirección del movimiento (el giroscopio NO nos da orientación espacial, como también he escuchado de varios compañeros), y, en segundo lugar, detectar cuándo estamos aumentando la velocidad y cuando no. Podríamos pensar que, en el caso de deportes outdoor, como el fútbol, sería fácil determinar estos cambios de velocidad a través del GPS, para luego calcular las aceleraciones con el propio acelerómetro pero, ¿realmente expresa el lugar donde tenemos colocado el acelerómetro la aceleración/desaceleración lineal del cuerpo en sí?

En las siguientes imágenes intentaré aclarar todo lo comentado anteriormente, así como fundamentar mis opiniones. Decir en este punto que, la señal obtenida en estas imágenes siempre ha sido grabada a 1000 Hz e interpretada de tal forma, con lo que muchas veces obtendremos un ruido excesivo que no nos interesa, pudiendo haber utilizado algún filtro, pero el objetivo era mostrar la señal pura y dura de un acelerómetro. Comentar también que, estamos hablando de la señal nativa de un acelerómetro, es decir, estos dispositivos se entiende que salen validados y certificados de un laboratorio (de hecho, se que está calibrado en cada caso ya que, al dejarlo quieto, la intensidad de la señal es 1, y como sabemos, 1 G, es la propia fuerza de la gravedad. Por tanto, se sobre entiende que cualquier acelerómetro de cualquier marca será fiable en su medición aunque, está por demostrar, como en esta unidad en concreto, que su validez para medir algo que no sean G sea correcta o no.

Ejemplos prácticos de señales de acelerómetro

Ejercicio de dominadas

 

ACELEROMETRO-DOMINADAS

Para comenzar, en esta imagen de un ejercicio de dominadas podemos observar 9 repeticiones, donde el dispositivo estaba colocado en el peto del fabricante, entre las escápulas. He marcado con un punto los valores máximos y mínimos de cada repetición: en concreto, el valor máximo es el movmento de máxima aceleración que sufre en este caso el cuerpo del deportista, mientras que el valor más bajo, coincide con el cambio de fase concéntrica a excéntrica. Si observamos la señal por cada eje, vemos como el cuerpo no solo registra una aceleración importante en el eje vertical (Eje X en este caso), si no también en el eje anteroposterior (Eje Z)

Ejercicio de sentadillas

ACELEROMETRO-SENTADILLAS

En este caso, el acelerómetro se encuentra en la barra, de un ejercicio de sentadillas en pórtico. He incluido un cálculo automático que ofrece el software respecto a la velocidad lineal, de elevación en este caso (gráfica inferior). Observamos en ese caso como el ruido de la señal, a 1000 Hz, es brutal, incluso en la ACELT. En este caso, el eje Z muestra la aceleración en el eje vertical. Aquí, la máxima aceleración no se expresa antes de la máxima velocidad, debido a que la caída de la barra en el momento de máxima extensión provoca un pico de aceleración mayor que la propia aceleración de la barra en sí, hecho que, sin duda, dificulta mucho la interpretación de los datos a través de un acelerómetro y por lo que, en mi opinión, fallan en su validez a la hora de calcular la velocidad de desplazamiento.

Salto vertical – Drop Jump

ACELEROMETRO-SALTO-VERTICAL-DROP-JUMP

Avanzamos de ejercicios, y en este caso se muestra un salto vertical, en concreto, un drop jump. He podido observar los datos de esta curva junto con una plataforma de fuerzas, y comentar que es casi idéntica, y la fase donde más se diferencia una de otra es la fase de vuelo, donde, por lógica, la plataforma no registra nada. En esta caso, observamos cómo se producen dos picos máximos (marcados con punto negro), donde el primero corresponde con el momento de máxima aceleración, el cual corresponde normalmente en un salto en el momento del punto más alto, y un segundo pico, que en este caso, coincide con la caída.

Ejercicio Crunch abdominal

ACELEROMETRO-FITNESS-CRUNCH

 

El último de los ejercicios no relacionados con desplazamiento del cuerpo en este caso es un crunch abdominal, con el dispositivo colocado en el peto (entre las escápulas). En esta imagen podemos observar en la gráfica inferior la angulación en el Eje vertical Z registrada por el giroscopio, es decir, la posición del tronco. He marcado el punto más bajo (177 grados), correspondiente a la horizontal, es decir, abajo del todo, y el punto más alto (66 grados) que corresponde con la máxima vertical del ejercicio. Se puede observar así claramente cada fase. Para interpretar la imagen, podemos ayudarnos de la línea vertical gris que cruza todas las gráficas. En este caso, podemos diferenciar claramente qué es una aceleración y qué un impacto, ambos registrados con el acelerómetro. Observamos que la línea vertical está situada en un pico máximo de aceleración, y que este pico coincide con un punto entre la máxima horizontal y la máxima vertical de la repetición (gráfica inferior). Esto será la máxima aceleración en la fase concéntrica. Sin embargo, en la gráfica superior (ACELT) observamos dos picos por repetición. Esto se porque, éste primero, corresponde a una aceleración, del tronco en este caso, mientras que el segundo, tiene parte de aceleración (bajada del tronco, fase excéntrica) y parte de impacto (cuando el dispositivo toca el suelo).

Desplazamiento – Sprint de 30 m

ACELEROMETRO-SPRINT-LINEAL-30-METROS

Comenzamos la serie de registros de diferentes tipos de desplazamiento, donde el dispositivo está siempre colocado en el peto. En este caso, tenemos un sprint de 30 metros. Esta imagen nos va a servir y mucho para entender porqué es difícil calcular las aceleraciones lineales con el acelerómetro. La gráfica superior, línea azul, muestra la velocidad de desplazamiento registrada con el GPS, donde se observa el punto máximo de 29 km/h. A partir de este punto, el sujeto pierde velocidad debido a que frena; de hecho, debía frenar en los 5 metros posteriores ya que luego debía hacer un cambio de dirección hacia la derecha (circuito de la gráfica siguiente). Podemos observar en la línea verde de la gráfica superior, correspondiente a la ACELT, cómo la curva es muy similar a lo largo de todo el recorrido y, lo que es más importante: no difiere en exceso en la fase de aceleración ni de desaceleración, aunque podemos encontrar un pico máximo de casi 9 G, que en este caso correspondía con la frenada brusca necesaria para realizar el cambio de dirección comentado..

Desplazamiento – Circuito deportes de equipo

 

ACELEROMETRO-DEPORTES-EQUIPO-FUTBOL-CIRCUITO

Aquí podemos observar el circuito antes comentado, donde la franja verde corresponde al sprint anterior. En este circuito el deportista realizó diferentes movimientos en diferentes direcciones (linea recta, zig-zag) a diferentes velocidad, con aceleraciones y desaceleraciones. A priori, si observamos la gráfica inferior correspondiente a la ACELT, la única diferencia en aceleraciones entre diferentes momentos reside en que a más velocidad de desplazamiento, mayores picos que corresponden con mayores impactos al pisar el suelo, ni más, ni menos. Si tenemos en cuenta como hemos visto en gráficos anteriores que un impacto puede generar también este pico, que en la foto anterior se veía un pico elevado debido a un fuerte cambio de dirección, no a una aceleración lineal, y que el propio movimiento del cuerpo también genera una aceleración, ¿cómo podría en un entorno tan complejo un acelerómetro calcular la aceleración?

Desplazamiento – Aceleración y frenado

ACELEROMETRO-ACELERACION-Y-FRENADA-SPRINT

Más en concreto, en esa parte del circuito, el deportista ha realizado una aceleración fuerte y una frenada fuerte, es decir, cambios de velocidad, llegando a casi 18 km/h. Claramente, en la señal del acelerómetro, de nuevo, es imposible distinguir qué es aceleración lineal y qué es frenada del cuerpo.

La colocación es determinante

ACELEROMETRO---CORRER-VS-FITNESS

Por último, veo interesante unir en una misma visual dos gráficas vistas anteriormente. La gráfica de arriba corresponde al sprint de 30 metros mientras que la de abajo al ejercicio de crunch. En ambos casos, el dispositivo está colocado en el mismo sitio, en el peto, entre las escápulas. A priori, las curvas son diferentes, aunque sin duda comparter similitudes: hay subidas y bajas de aceleración. En un caso, el sujeto desplaza el cuerpo entero y en otro, solo el tronco. Por tanto, la posición donde el acelerómetro sea colocado será determinante para poder interpretar los resultados ya que, imaginaros, qué pasaría si, un sujeto, a la vez que corre, realiza flexo-extensiones de tronco estando en dicha posición colocado el dispositivo.

Con todo esto, a modo de resudmen, debemos de tener en cuenta estos aspectos claves para entender la señal de un acelerómetro, visto lo visto:

  1. De forma nativa, un acelerómetro calcula la cantidad de fuerza que dicho objeto en concreto está recibiendo, con respecto a la fuerza de la gravedad (G)
  2. Como veremos a continuación, en una carrera, existen momentos continuos de aceleración / desaceleración de nuestro propio centro de masas, independientemente de que la aceleración lineal del cuerpo sea incremental o constante
  3. La aceleración que registre el acelerómetro dependerá de la posición donde éste sea colocado, es decir, NO aporta información sobre el cuerpo de forma global, si no del segmento donde esté colocado.
  4. El acelerómetro, al registrar la fuerza que sufre con respecto a la gravedad a modo de “aceleración”, aportaría dos tipos de variables a partir de este registro: 1) si no existe un impacto o una colisión en el movimiento, como puede ser colocarlo en una raqueta de tenis y realizar un drive, podremos hablar de aceleración, aunque no lineal como hemos visto y, 2) si existe dicha colisión, estaremos hablando de un impacto.

 

Es en este último punto donde las marcas comerciales de GPS, según yo conozco, utilizan esta información del acelerómetro, para registrar dichos impactos. A raíz de estos impactos generados en cada uno de los tres ejes, algunas marcas comerciales como GPSports, Catapult y el propio WIMU calculan índices de carga llamados “body load”, integrando algoritmos propios sobre esta señal. Por tanto, ésta es la información que los dispositivos, mejor llamados multisensores que GPS, extraen del acelerómetro, no las aceleraciones lineales, las cuales están calculadas siempre, y repito, según yo conozco, del GPS, de ahí su falta de fiabilidad. También sería interesante comentar en este último punto, aunque daría para varios trabajos de investigación y sin duda un post futuro, sobre la validez de los dispositivos GPS. De nuevo, serían los ingenieros los que deberían explicar en un artículo deportivo que, la señal de un GPS, tiene un delay de información en tanto que debe subir y bajar del espacio. Dicho delay, según ingenieros especializados, podría ser en torno a 200 ms con lo que, ¿sería realmente significativo aumentar mucho la frecuencia de muestreo (Hz) de estos dispositivos, o es que es la propia tecnología GPS el limitante de una elevada validez?

Espero que os haya parecido interesante. Podéis comentar esta publicación y aportar lo que creáis oportuno.

Un saludo.

Alejandro Muñoz.

4 Comments

  • MANU

    BUENAS TARDES ALEJANDRO, BASTANTE INTERESANTE, MUCHAS DE LAS PREGUNTAS QUE ME HAGO RESPECTO A LA ACELEROMETRÍA LA INDICAS AQUÍ. UN EJEMPLO DE ELLAS ES ¿SI COLOCO UN ACELERÓMETRO EN LA BARRA PARA REALIZAR SENTADILLA O PRESS BANCA ME TRADUCE LA INFO IGUAL QUE UN ENCODER?¿LO COLOCO EN LA BARRA O EN EL CUERPO?¿ME RELATIVIZA EL PESO? ¿SI QUIERO REALIZAR CUALQUIER TEST ESPECÍFICO DE VO2 MÁX?¿ME ESTIMA BIEN LA VELOCIDAD O DIFIERE DE CUALQUIER GPS DE MUÑECA AL SER UN TRADUCTOR DIFERENTE?

    • Alejandro Muñoz

      Hola Manu,

      Me alegro que te haya gustado el post. Respecto a lo que me preguntas, el colocar un acelerómetro en una barra, si el cálculo está bien hecho, aporta información muy similar a la de un encoder. Aquí, la dificultad reside en que cuanto más vertical sea el movimiento, más fiable será el cálculo a través del acelerómetro, y además, depende del algoritmo del mismo. Una posible solución a esto, es utilizar el valor de aceleración que te aporta el propio acelerómetro, y olvidarte de pasar a velocidad. Es un dato más puro, pero con magnitudes diferentes. Lo de relativizar al peso, depende del software si te permite la opción o no.

      Respecto al test de VO2max, creo que puedes estar mezclando conceptos. Para poder detectar el VO2max se suelen utilizar medios de evaluación fisiológica, como la detección de umbrales o lactato, si es que quieres datos fiables. Ahora bien, podría ser interesante y una futura línea de investigación el intentar estudiar si existe alguna relación entre lo que ocurre al pasar de una zona de umbral u otra con parámetros de acelerometría, como podría ser la entropía en la marcha. No conozco estudio alguno al respecto, pero sería interesante estudiarlo la verdad.

      Respecto a la estimación de la velocidad ningún acelerómetro estima bien, ni estimará la velocidad, por sí solo. Necesita más sistemas de referencia para ello. Y ojo con los GPS de muñeca, la mayoría son de 1 Hz y encima aplican unos filtros “raros”.

      Gracias por el debate.
      Un saludo.

  • Javier Ramos

    Buenas tardes Alejandro,

    Me ha parecido un artículo muy interesante, gracias por compartir esta información. ¿cual sería en tu opinión los datos más fiables que nos dan las marcas comerciales como GPSport o Catapult?
    Yo en mi equipo estoy cuantificando, a parte de los datos derivados de la frecuencia cardiaca, los siguientes datos:
    – Los impactos (totales y alta intensidad)
    – Las aceleraciones y deceleraciones.
    – La distancia (total y alta intensidad)
    – Sprints y sprints repetidos.

    Saludos.

    • Alejandro Muñoz

      Hola Javier, gracias a tí por leerlo.

      Respecto a la fiabilidad, los estudios muestran que todo lo que venga de una acción donde el cambio de velocidad sea muy brusco en tiempo y espacio (aceleración y cambio de dirección), pierde fiabilidad. Pero como me has pedidomi opinión, comentarte que yo sacrificaría un poco la fiabilidad objetiva por la practicidad. Aunque la carrera de alta intensidad y las aceleraciones bruscas son, según estudios, poco fiables, ¿tienen un patrón a lo largo de un partido y son diferentes en posiciones y tipos de ejercicios? Yo te diría que sí.

      Además, estamod en proceso de publicación de la validación de un GPS de 5hz y los datos en sprint de 10 y 30m son bastante buenos en distancia medida. Creemos que muchos estudios no sincronizan bien el momento del inicio del sprint, el propio tronco en el balanceo puede dar lugar a una velocidad de hasta 6 km/h. Por otro lado, yo usaría las variables que, cuantoficándolas puedas tomar decisiones útiles con ellas: ¿qué es más importante para un central, qie acelere más o corra más km? Los impactos van a ser fiables sí o sí pero, ¿qué significan muchos impactos? ¿cómo detecto debilidades y puntos fuertes en mi jugador para modificar en el entrenamiento con ellos? Sin embargo, pueden ser un medidor interesante de carga neuromuscular. Según tu análisis, usaría una variable u otra.

      Un saludo.
      Alejandro.

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