Comparação de três sistemas de medição diferentes para avaliar a altura do salto vertical

Introduction: The numerous instruments used to measure jump height use different technologies and calculations that can provide variable results. Objective: This study compared the countermovement jump (CMJ) height assessed with a wearable 3D inertial measurement unit (IMU), using flight time and the numerical integration method with a force platform and photocells. Methods: Forty CMJs were analysed, starting from an upright standing position with the hands placed on the waist. Twenty healthy volunteers completed 2 CMJs, which were simultaneously assessed using an IMU placed on the subject’s sacrum, a force platform (considered the gold standard method) and photocells. The maximum height of each CMJ was measured. Results: The results showed a significant overestimation (p<0.001) in jump height for the IMU using the numerical integration method when compared to the force platform (+7 cm). Excellent intraclass correlation coefficients (ICCs) were obtained with the flight time equations for the different types of measurement equipment. Fair to good ICCs were obtained with the IMU using the numerical integration method and force platform. Conclusion: In conclusion, the jump height obtained with the IMU using the numerical integration method showed the poorest agreement compared to the force platform.Introducción: Los numerosos instrumentos usados para medir la altura del salto emplean diferentes tecnologías y cálculos que pueden suministrar resultados variables. Objetivo: Este estudio comparó la altura del salto contramovimiento (SCM) con una un sistema inercial 3D (IMU) portátil, usando el tiempo de vuelo y el método de integración numérica, con plataforma de fuerza y fotocélulas. Métodos: Cuarenta SCMs fueron analizados a partir de la posición ortostática con las manos en la cintura. Veinte voluntarios saludables concluyeron dos SCMs que fueron evaluados simultáneamente con un IMU colocada en el sacro del individuo, una plataforma de fuerza (considerado el método de referencia) y fotocélulas. Fue medida la altura máxima de cada SCM. Resultados: Los resultados mostraron una sobreestimación significativa (p <0,001) de la altura del salto para la IMU con el método de integración numérica, en comparación con la plataforma de fuerza (+7 cm). Fueron obtenidos excelentes coeficientes de correlación intraclase (ICCs) con las ecuaciones de tiempo de vuelo entre los equipamientos de medición. Fueron obtenidos resultados de regulares a buenos de ICC con la IMU por el método de integración numérica y la plataforma de fuerza. Conclusión: La altura de salto obtenida con la IMU con el método de integración numérica mostró la peor concordancia en comparación con la plataforma de fuerza.Introdução: Os numerosos instrumentos usados para medir a altura de salto empregam diferentes tecnologias e cálculos que podem fornecer resultados variáveis. Objetivo: Este estudo comparou a altura de salto contramovimento (SCM) com uma unidade de medida inercial 3D (UMI) portátil, usando o tempo de voo e o método de integração numérica, com plataforma de força e fotocélulas. Métodos: Quarenta SCMs foram analisados a partir da posição ortostática com as mãos na cintura. Vinte voluntários saudáveis concluíram 2 SCMs que foram avaliados simultaneamente com uma UMI colocada no sacro do indivíduo, uma plataforma de força (considerado o método de referência) e fotocélulas. A altura máxima de cada SCM foi medida. Resultados: Os resultados mostraram uma superestimação significativa (p < 0,001) da altura do salto para a UMI com o método de integração numérica, em comparação com a plataforma de força (+7 cm). Foram obtidos excelentes coeficientes de correlação intraclasse (ICCs) com as equações de tempo de voo entre os equipamentos de medição. Foram obtidos resultados de regulares a bons de ICC com a UMI pelo método de integração numérica e a plataforma de força. Conclusão: A altura de salto obtida com a UMI com o método de integração numérica mostrou a pior concordância em comparação com a plataforma de força.This work was funded by the Ministry of Education, Culture and Sports of Spain by grants (ref. FPU13/00162)

Validation of a method for the estimation of energy expenditure during physical activity using a mobile device accelerometer

The main goal of this paper consists on the adaption and validation of a method for the measurement of the energy expenditure during physical activities. Sensors available in a mobile device, e.g., a smartphone, a smartwatch, or others, allow the capture of several signals, which may be used to the estimation of the energy expenditure. The adaption consists in the comparison between the units of the data acquired by a tri-axial accelerometer and a mobile device accelerometer. The tests were performed by healthy people with ages between 12 and 50 years old that performed several activities, such as standing, gym (walking), climbing stairs, walking, jumping, running, playing tennis, and squatting, with a mobile device on the waist. The validation of the method showed that the energy expenditure is underestimated and super estimated in some cases, but with reliable results. The creation of a validated method for the measurement of energy expenditure during physical activities capable for the implementation in a mobile application is an important issue for increase the acceptance of the mobile applications in the market. As verified the results obtained are around 124.6 kcal/h, for walking activity, and 149.7 kcal/h, for running activity.This work was supported by FCT project PEst-OE/EEI/L A0008/2013 (Este trabalho foi suportado pelo projecto FCT PEst-OE/EEI/LA0008/2013). The authors would also like to acknowledge the contribution of the COST Action IC1303 – AAPELE – Architectures, Algorithms and Protocols for Enhanced Living Environments

eMGeeA (Mobile Gait Analyzer): sviluppo di un'applicazione mobile per l'estrazione di parametri temporali del passo di corsa

La tecnologia ha assunto ormai caratteristiche di ubiquità e mobilità, essendo sempre più presente nella vita di tutti i giorni. Oggi più o meno chiunque ha a disposizione in ogni momento e in ogni luogo un dispositivo di calcolo: un esempio sono gli smartphone, che ormai stanno soppiantando quasi del tutto i vecchi telefoni cellulari. Questa grande disponibilità di risorse, rende possibile la realizzazione di applicazioni, prima impensabili, che arricchiscono la vita quotidiana delle persone in vari ambiti (lavoro, salute, tempo libero, ...). Nella presente tesi ci si è posti come obiettivo il monitoraggio delle performance sportive, mediante sensori di facile reperibilità ed utilizzo: si è scelto quindi di far uso dell'accelerometro, integrato nella maggior parte degli smartphone, al fine di ricavare informazioni sulla corsa. Dopo lo sviluppo di vari programmi (eseguibili su PC) per la manipolazione e l'analisi a posteriori dell'accelerazione, si è giunti alla realizzazione di un'applicazione (eMGeeA), eseguibile su smartphone Android, in grado di estrarre in tempo reale i parametri temporali principali del passo (tempo di contatto, tempo di volo, frequenza, ...) e di fornire un feedback all'atleta. Test sperimentali, eseguiti per capire la precisione degli algoritmi sviluppati, sono risultati piuttosto soddisfacenti

Aplicação móvel e plataforma Web para suporte à estimação de gasto energético em actividade física

Esta dissertação descreve os trabalhos de investigação realizados na construção de uma plataforma informática para motivação para a realização de exercício físico, com recurso a técnicas de medição de energia dispendida no decurso do exercício, medição de distância percorrida e medição do tempo de salto de um indivíduo. Estas características encontram-se implementadas numa aplicação móvel, implementada sobre um telefone do tipo Smartphone e usando os sensores deste dispositivo, enquanto que outra parte da plataforma, uma aplicação usando tecnologias Web, gere o registo e as atividades dos utilizadores. Esta dissertação descreve ainda os trabalhos de validação das aplicações implementadas, e apresenta as conclusões sobre estes trabalhos.This dissertation describes the research work performed for the design and implementation of a physical exercise motivation platform, using energy expenditure techniques, measurement of the travelled distance, and the time of flight of a jump. These measurements are implemented in an application designed for a Smartphone, using the sensors available in many of these devices. The platform is also composed of an application using Web technologies, that records and manages the users and their activities. This dissertation describes also the validation procedures for the results given by the applications, and presents the relevant conclusions

Context Aware Computing or the Sense of Context

ITALIANO: I sistemi ubiquitous e pervasivi, speciali categorie di sistemi embedded (immersi), possono essere utilizzati per rilevare il contesto che li circonda. In particolare, i sistemi context-aware sono in grado di alterare il loro stato interno e il loro comportamento in base all’ambiente (context) che percepiscono. Per aiutare le persone nell’espletare le proprie attivitá, tali sistemi possono utilizzare le conoscenze raccolte attorno a loro. Un grande sforzo industriale e di ricerca, orientato all’innovazione dei sensori, processori, sistemi operativi, protocolli di comunicazione, e framework, offre molte tecnologie definibili abilitanti, come le reti di sensori wireless o gli Smartphone. Tuttavia, nonostante tale sforzo significativo, l’adozione di sistemi pervasivi che permettano di migliorare il monitoraggio dello sport, l’allenamento e le tecnologie assistive é ancora piuttosto limitato. Questa tesi individua due fattori determinanti per questo basso utilizzo delle tecnologie pervasive, principalmente relativi agli utenti. Da un lato il tentativo degli esperti e dei ricercatori dell’informatica di indurre l’adozione di soluzioni informatiche, trascurando parzialmente l’interazione con gli utenti finali, dall’altro lato una scarsa attenzione all’interazione tra uomo e computer. Il primo fattore puó essere tradotto nella mancanza di attenzione a ció che é rilevante nel contesto dei bisogni (speciali) dell’utente. Il secondo é rappresentato dall’utilizzo diffuso di interfacce grafiche di presentazione delle informazioni, che richiede un elevato livello di sforzo cognitivo da parte degli utenti. Mentre lo studio della letteratura puó fornire conoscenze sul contesto dell’utente, solo il contatto diretto con lui arricchisce la conoscenza di consapevolezza, fornendo una precisa identificazione dei fattori che sono piú rilevanti per il destinatario dell’applicazione. Per applicare con successo le tecnologie pervasive al campo dello sport e delle tecnologie assistive, l’identificazione dei fattori rilevanti é una premessa necessaria, Tale processo di identificazione rappresenta l’approccio metodologico principale utilizzato per questa tesi. Nella tesi si analizzano diversi sport (canottaggio, nuoto, corsa ) e una disabilitá (la cecitá), per mostrare come la metodologia di investigazione e di progettazione proposta venga messa in pratica. Infatti i fattori rilevanti sono stati identificati grazie alla stretta collaborazione con gli utenti e gli esperti nei rispettivi campi. Si descrive il processo di identificazione, insieme alle soluzioni elaborate su misura per il particolare campo d’uso. L’uso della sonificazione, cioé la trasmissione di informazioni attraverso il suono, si propone di affrontare il secondo problema presentato, riguardante le interfacce utente. L’uso della sonificazione puó facilitare la fruizione in tempo reale delle informazioni sulle prestazioni di attivitá sportive, e puó contribuire ad alleviare parzialmente la disabilitá degli utenti non vedenti. Nel canottaggio, si é identificato nel livello di sincronia del team uno dei fattori rilevanti per una propulsione efficace dell’imbarcazione. Il problema di rilevare il livello di sincronia viene analizzato mediante una rete di accelerometri wireless, proponendo due diverse soluzioni. La prima soluzione é basata sull’indice di correlazione di Pearson e la seconda su un approccio emergente chiamato stigmergia. Entrambi gli approcci sono stati testati con successo in laboratorio e sul campo. Inoltre sono state sviluppate due applicazioni, per smartphone e PC, per fornire la telemetria e la sonificazione del moto di una barca a remi. Nel campo del nuoto é stata condotta una ricerca in letteratura riguardo la convinzione diffusa di considerare la cinematica come il fattore rilevante della propulsione efficace dei nuotatori. Questa indagine ha richiamato l’attenzione sull’importanza di studiare il cosiddetto feel-for-water (sensazione-dell’-acqua) percepito dai nuotatori d’alto livello. É stato progettato un innovativo sistema, per rilevare e comunicare gli effetti fluidodinamici causati dallo spostamento delle masse d’acqua intorno alle mani dei nuotatori. Il sistema é in grado di trasformare la pressione dell’acqua, misurata con sonde Piezo intorno alle mani, in un bio-feedback auditivo, pensato per i nuotatori e gli allenatori, come base per un nuovo modo di comunicare la sensazione-dell’acqua. Il sistema é stato testato con successo nel campo e ha dimostrato di fornire informazioni in tempo reale per il nuotatore e il formatore. Nello sport della corsa sono stati individuati due parametri rilevanti: il tempo di volo e di contatto dei piedi. É stato progettato un sistema innovativo per ottenere questi parametri attraverso un unico accelerometro montato sul tronco del corridore ed é stato implementato su uno smartphone. Per ottenere il risultato voluto é stato necessario progettare e realizzare un sistema per riallineare virtualmente gli assi dell’accelerometro e per estrarre il tempo di volo e di contatto dal segnale dell’accelerometro riallineato. L’applicazione per smartphone completa é stata testata con successo sul campo, confrontando i valori con quelli di attrezzature specializzate, dimostrando la sua idoneitá come ausilio pervasivo all’allenamento di corridori. Per esplorare le possibilitá della sonificazione usata come una base per tecnologia assistiva, abbiamo iniziato una collaborazione con un gruppo di ricerca presso l’Universitá di Scienze Applicate, Ginevra, in Svizzera. Tale collaborazione si é concentrata su un progetto chiamato SeeColOr (See Color with an Orchestra - vedere i colori con un’orchestra). In particolare, abbiamo avuto l’opportunitá di implementare il sistema SeeColOr su smartphone, al fine di consentire agli utenti non vedenti di utilizzare tale tecnologia su dispositivi leggeri e a basso costo. Inoltre, la tesi esplora alcune questioni relative al campo del rilevamento ambientale in ambienti estremi, come i ghiacciai, utilizzando la tecnologia delle Wireless Sensor Networks. Considerando che la tecnologia é simile a quella usata in altri contesti presentati, le considerazioni possono facilmente essere riutilizzate. Si sottolinea infatti che i problemi principali sono legati alla elevata difficoltá e scarsa affidabilitá di questa tecnologia innovativa rispetto alle altre soluzioni disponibili in commercio , definite legacy, basate solitamente su dispositivi piú grandi e costosi, chiamati datalogger. La tesi presenta i problemi esposti e le soluzioni proposte per mostrare l’applicazione dell’approccio progettuale cercato e definito durante lo sviluppo delle attività sperimentali e la ricerca che le ha implementate. ---------------------------------------- ENGLISH: Ubiquitous and pervasive systems, special categories of embedded systems, can be used to sense the context in their surrounding. In particular, context-aware systems are able to alter their internal state and their behaviour based on the context they perceive. To help people in better performing their activities, such systems must use the knowledge gathered about the context. A big research and industrial effort, geared towards the innovation of sensors, processors, operating systems, communication protocols, and frameworks, provides many "enabling" technologies, such as Wireless Sensor Networks or Smartphones. However, despite that significant effort, the adoption of pervasive systems to enhance sports monitoring, training and assistive technologies is still rather small. This thesis identifies two main issues concerning this low usage of pervasive technologies, both mainly related to users. On one side the attempt of computer science experts and researchers to induce the adoption of information technology based solutions, partially neglecting interaction with end users; on the other side a scarce attention to the interaction between humans and computers. The first can be translated into the lack of attention at what is relevant in the context of the user’s (special) needs. The second is represented by the widespread usage of graphical user interfaces to present information, requiring a high level of cognitive effort. While literature studies can provide knowledge about the user’s context, only direct contact with users enriches knowledge with awareness, providing a precise identification of the factors that are more relevant to the user. To successfully apply pervasive technologies to the field of sports engineering and assistive technology, the identification of relevant factors is an obliged premise, and represents the main methodological approach used throughout this thesis. This thesis analyses different sports (rowing, swimming, running) and a disability (blindness), to show how the proposed design methodology is put in practice. Relevant factors were identified thanks to the tight collaboration with users and experts in the respective fields. The process of identification is described, together with the proposed application tailored for the special field. The use of sonification, i.e. conveying information as sound, is proposed to leverage the second presented issue, that regards the user interfaces. The usage of sonification can ease the exploitation of information about performance in real-time for sport activities and can help to partially leverage the disability of blind users. In rowing, the synchrony level of the team was identified as one of the relevant factors for effective propulsion. The problem of detecting the synchrony level is analysed by means of a network of wireless accelerometers, proposing two different solutions. The first solution is based on Pearson’s correlation index and the second on an emergent approach called stigmergy. Both approaches were successfully tested in laboratory and in the field. Moreover two applications, for smartphones and PCs, were developed to provide telemetry and sonification of a rowing boat’s motion. In the field of swimming, an investigation about the widespread belief considering kinematics as the relevant factor of effective propulsion of swimmers drew attention to the importance of studying the so called "feel-for-water" experienced by elite swimmers. An innovative system was designed to sense and communicate fluid-dynamic effects caused by moving water masses around swimmers hands. The system is able to transform water pressure, measured with Piezo-probes, around hands into an auditive biofeedback, to be used by swimmers and trainers, as the base for a new way of communication about the "feel-for-water". The system was successfully tested in the field and proved to provide real-time information for the swimmer and the trainer. In running sports two relevant parameters are time of flight and contact of feet. An innovative system was designed to obtain these parameters using a single trunk mounted accelerometer and was implemented on a smartphone. To achieve the intended result it was necessary to design and implement a system to virtually realign the axes of the accelerometer and to extract time of flight and time of contact phases from the realigned accelerometer signal. The complete smartphone application was successfully tested in the field with specialized equipment, proving its suitability in enhancing training of runners with a pervasive system. To explore possibilities of sonification applied as an assistive technology, we started a collaboration with research group from University of Applied Science, Geneva, Switzerland, focused on a project called SeeColOr (See Color with an Orchestra). In particular we had the opportunity to implement the SeeColOr system on smartphones, in order to enable blind users to use that technology on low cost and lightweight devices. Moreover, the thesis exposes some issues related to a field, environmental sensing in extreme environments, like glaciers, using the innovative Wireless Sensor Networks technology. Considering that the technology is similar to the one used in other presented contexts, learned lessons can easily be reused. It is emphasized that the main problems are related to the high difficulty and low reliability of that innovative technology with respect to other "legacy" commercially available solutions, based on expensive and bigger devices, called dataloggers. The thesis presents the exposed problems and proposed solutions to show the application of the design approach strived during the development and research