破風取勝—跨領域合作打造自行車運動的全新科技

破風取勝─跨領域合作打造自行車運動的全新科技
▲破風取勝─跨領域合作打造自行車運動的全新科技

(中央社訊息服務20211126 15:14:38)由國立成功大學、屏東科技大學和輔仁大學共同組成的跨領域團隊,於2018年起執行科技部「精準運動科學研究專案計畫:破風取勝─精進自由車選手選訓方法之研究」,成大航太系苗君易教授及詹邵勳教授透過風洞測試降低風阻及運用AI臉部辨識系統,搭載手機APP建置個人化資料庫,計算出最有利於自行車選手之騎乘姿勢,同時結合屏科大休運系陳家祥副教授實際帶領選手練習,進行各種不同阻力測試,規劃出最佳的騎乘方式,搭配輔大織品系古德興教授與財團法人紡織研究所設計開發適用面料,以縫紉及拼接技術讓服裝更有利於氣體流動,加強肩線、手臂、腰、大腿等部位降低阻力來源。全程在內政部建築研究所進行各項實驗,三校跨域合作,可望於未來能讓教練有效掌握選手騎乘姿勢與其競賽戰術規劃,進而提升自由車選手賽場表現,提升臺灣選手實力。

航太科學+AI辨識系統為新運動科學建立新解方

自由車的阻力有90%是來自於空氣阻力,其中人體所造成的空氣阻力又占了70%,因此若能降低人體所造成的空氣阻力,就掌握了自由車運動中致勝的關鍵。成大苗君易教授長年研究流體力學,他發現自由車騎乘者為一複雜的三維型體,當迎風而行時具有典型的鈍形體空氣動力特性,即由流動分離現象產生形狀阻力,若針對表面邊界層可能產生層紊流轉換著手,透過增加騎乘者之局部服裝表面粗糙度,可有效減阻。 成大詹劭勳教授的研究團隊則嘗試透過AI的深度學習並搭配雙鏡頭相機,以選手迎風面積(A)結合感測器,將風速資訊與測力平台的阻力數據,計算出選手的阻力係數(CD)。將來可以透過此一系統觀察選手的體型是不是「天生自行車選手」。目前該團隊也著手將此一系統整合手機APP,讓一般民眾也能享受高科技的自行車騎乘的評估系統。

調整姿勢建立高低風阻的破風絕機搶下奪牌機會

屏科大陳家祥副教授則發現,相較過去低姿勢低風阻的策略,其實高於33 km/h改變低姿勢才有明顯降低風阻的成效,且其姿勢易造成肌肉收縮,影響肌肉調節。在高風速時以75 RPM的踩踏頻率可減少至少2%的風阻係數;衝刺階段時,速度愈快造成的風阻愈大,選手多以站姿、站姿前傾、坐姿等三種方式進行飆速決戰,若在時速 65km/h空氣阻力高達所有阻力95 %。故而團隊結果指出,站姿會產生較大的風阻係數,但是採用站姿前傾可以在高速騎乘下獲得較少的阻力。

為選手打造衣體成型黃金戰袍

輔仁大學織品服裝專長的古德興教授與紡織研究所共同打造全新的自行車戰袍,為實現降低風阻的自由車服製作方法及結構設計,由風洞實驗取得特定運動姿勢下,釐清人體的肩線、手臂、腰、大腿等部位的氣體流動分離線,並了解阻力來源,再選用合適面料,以縫紉、拼接手法製成低風阻的自行車戰袍。其特性符合國際自由車總會規定,具備自行車車衣特定粗糙元件,經嚴謹的實現測試可以減少最大7%的空氣阻力,面料有吸濕排汗生理舒適性能、符合肌肉強化與關節防護運動力學,將成為新一代黃金戰袍。

睽違 25 年,臺灣再次取得2020東京奧運男子自由車公路賽出賽資格,全長234公里,高度攀升為4865米的競速賽程,如何減少自由車騎乘時的空氣阻力、賽程間的各階段的騎乘姿勢、以及舒適又具機能性的車衣,三者皆為致勝關鍵,本研究也將在下一個階段商品化,可望帶動國內體育產業市場多元發展,更能輔助教練及選手在訓練、參賽時的最佳狀態,搶下奪牌先機!

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