Inteligencia artificial aplicada al deporte y al uso de textiles inteligentes

Desarrollo de un sistema inteligente de captación de movimientos biomecánicos de un deportista que integra sensores inerciales y mejora la práctica y el rendimiento deportivo.

Antecedentes

Los procesos de rehabilitación tras una lesión deportiva son procesos críticos para una pronta y adecuada recuperación del deportista. Así mismo, el entrenamiento deportivo sin la supervisión puede provocar la aparición de lesiones. Por ello, es muy importante la asistencia de un especialista que guie al paciente durante estos procesos, realizando indicaciones para alertar de si el movimiento se está realizando correctamente o no.

Actualmente, las herramientas utilizadas por los profesionales (entrenadores, preparadores físicos, etc.) están basadas en métodos subjetivos, normalmente cámaras que graban los movimientos y luego se analizan a posteriori. Este análisis se realiza de manera visual a través del vídeo grabado por las cámaras y es el ojo del entrenador o preparador el que determina si el movimiento está bien o mal ejecutado. Este análisis implica que la supervisión ha de ser en diferido y tras analizar el vídeo, nunca en el momento en el que se realiza el movimiento. Este sistema a pesar de estar ampliamente implantado tiene el inconveniente de que se trata de una supervisión subjetiva en base a los conocimientos o experiencia del entrenador.

Dentro de las soluciones disponibles actualmente para la monitorización del cuerpo se encuentran:

• Grabación de vídeo: Es la solución más tradicional. Se basa en la grabación de los movimientos con cámaras de vídeo y su posterior visualización para detectar errores en los movimientos.
• Captura óptica infrarroja: Se basa en utilizar luz infrarroja, imperceptible para el usuario, para iluminar unos marcadores de material retro-reflectante. Al trabajar con este tipo de luz, las cámaras infrarrojas sólo observan los marcadores. Esto supone una ventaja frente a los sistemas basados en vídeo, puesto que aquí no es necesario aplicar técnicas de visión por computador para diferenciar los marcadores del resto de la imagen, alcanzando velocidades superiores a 90 capturas por segundo. Existen varios tipos de marcados, activos (emiten luz) y pasivos (reciben luz). El inconveniente de esta tecnología es que se necesita de una instalación o infraestructura con cámaras en diferentes ubicaciones para captar todos los movimientos. Esta solución no es portátil y no se puede utilizar fuera de entornos controlados (salas de grabación, etc.).
• Sensores inerciales: Basados en la captación de movimiento por parte de sensores que captan aceleración y gravedad. Suelen estar compuestos por acelerómetros, magnetómetros y giróscopos. La principal ventaja de este sistema con respecto al resto es que no necesitan de inspección visual y el sistema manda la posición relativa a un software que procesa la señal obteniendo los datos de movimiento. Los sistemas más avanzados de este tipo presentan la ventaja añadida de ser inalámbricos y wearables por lo que aumenta el confort del usuario y facilita la ejecución y libertad de movimientos. Además, permiten su utilización en cualquier entorno y ámbito de uso sin necesidad de ninguna instalación o infraestructura previa.

Resultados – Innovación

Se han desarrollado prendas deportivas sensorizadas con sensores inerciales y cableado textil integrado, electrónica de control capaz de recibir información en tiempo real de los acelerómetros y giroscopios integrados en la prenda, así como una aplicación software APP que utiliza técnicas basadas en inteligencia artificial. Con estos datos, un entrenador puede modificar los entrenamientos de un deportista para mejorar su rendimiento.

La aplicación de algoritmos de inteligencia artificial permite la detección precisa, objetiva y en tiempo real de los movimientos del usuario para una vez comparados con un movimiento o “patrón” de referencia poder advertir de si un movimiento se está ejecutando de manera correcta o no, con el fin de evitar lesiones o aumentar la efectividad de un entrenamiento.

Los aspectos innovadores se centran en el uso de sensores de movimiento inalámbricos que no precisan cables y son wearables que van integrados en prenda.

Se trata de una tecnología madura y como tal un TRL 8-9, pues ya está implantada en entornos industriales reales.

Impacto

El principal impacto con el uso de la IA en el deporte es la obtención de datos fiables, precisos y objetivos en tiempo real, de tal manera que permite al usuario y al entrenador intervenir en el momento y corregir los errores durante la ejecución del movimiento y no a posteriori como sucede con otras soluciones. Además, se trata de un sistema portátil y fácil de instalar que se puede utilizar en cualquier lugar sin necesidad de requerir de unas instalaciones específicas o adaptadas para tal fin.

El sistema propuesto conlleva una reducción de costes en términos de infraestructura ya que no se requieren unas instalaciones específicas, un ahorro en términos del tiempo requerido para la preparación del entrenamiento, un aumento de la fiabilidad de los resultados al tratarse de un sistema basado en datos y no en imágenes que pueden tener una interpretación subjetiva y un incremento de la satisfacción del usuario al poder utilizar la solución en cualquier ámbito y entorno, pudiendo entrenar desde casa.

Entidades colaboradoras

• Asociación de Investigación de la Industria Textil – AITEX  https://www.aitex.es 
• Empresa fabricante de ropa deportiva