“Kembaran Digital" Bantu Perenang Olimpiade Capai Rekor

Pada Olimpiade musim panas di Paris 2024, para perenang Olimpiade akan dipandu oleh kembaran digital. Dengan menggunakan hukum Newton, penggunaanya diharapkan dapat membantu perenang memecahkan rekor tercepat.

Pada Juli di Olimpiade Paris 2024, penggemar olahraga di seluruh dunia dapat menyaksikan perenang tercepat di dunia meluncur dari garis start di kolam renang berukuran Olimpiade di Paris La Défense Arena di Nanterre, pinggiran barat Paris, Prancis.

Bagi para atlet Olimpiade, kesempatan untuk berkompetisi dalam pertandingan di Olimpiade Paris 2024 akan menjadi mimpi yang menjadi kenyataan. Mengubah mimpi Olimpiade menjadi kenyataan sendiri membutuhkan komitmen total selama bertahun-tahun dan hanya sedikit yang berhasil melakukannya.

Hanya 60 hingga 80 atlet terbaik nasional yang akan menerima undangan ke uji coba Olimpiade untuk setiap cabang renang. Dan hanya empat atlet terbaik dalam uji coba tersebut dua di kategori putra dan dua di kategori putri yang akan masuk tim Olimpiade.

Selain peluang yang amat rendah ini, perlombaan seringkali diputuskan hanya dengan seperseratus detik. Lalu bagaimana seharusnya pelatih mempersiapkan calon atlet Olimpiade? Haruskah mereka menginstruksikan atlet mereka untuk berenang seperti Katie Ledecky dan Michael Phelps, dengan impian untuk meniru kesuksesan mereka?

"Tentu saja tidak. Setiap atlet memiliki bentuk dan ukuran yang berbeda serta kekuatan dan kelemahan yang berbeda. Hal-hal yang dilakukan atlet Olimpiade tidak seperti gerakan perbaikan yang dilakukan sendiri, di mana pencarian internet sederhana akan mengungkapkan satu jawaban yang benar," tulis Katherine Douglass, seorang peneliti yang sedang menempuh pendidikan magister statistik di University of Virginia (UVA).

Matematika, fisika, dan teknologi telah merevolusi renang. Idenya adalah bahwa detail biomekanik dan hidrodinamik merupakan variabel dalam masalah fisika dan matematika yang kompleks. Dengan mengoptimalkan variabel ini, perenang dapat mencapai hampir kesempurnaan.

"Kini, munculnya teknologi sensor telah mengubah ide ini menjadi kenyataan, di mana matematika dan fisika menghasilkan informasi yang berguna sehingga pelatih dapat melatih dengan presisi para calon peserta Olimpiade 2024. Hasilnya sangat sukses," tutur Douglass.

Melalui implementasi "kembaran digital", Douglass melakukan penelitian bersama dengan beberapa rekan antara lain Augustus Lamb, mahasiswa master dari UVA, Jerry Lu, peneliti pascasarjana di Massachusetts Institute of Technology, Keon Ono, penasihat STEM untuk rektor dan profesor matematika Marvin Rosenblum di UVA, dan William Tempas, seorang mahasiswa di UVA.

Hukum Newton

Sifat universal hukum gerak Newton tidak hanya mengatur tata surya saja, tetapi juga gerakan-gerakan kecil seorang perenang. Ketika seorang perenang menyelam ke dalam kolam dan mulai bergerak bergelombang untuk mendorong dirinya maju, di sini hukum tersebut mengatur hubungan antara gaya dorong yang dihasilkan dan percepatan tubuh perenang yang dihasilkan.

Sebagai contoh, dalam final gaya bebas 50 meter Olimpiade, delapan atlet menggerakkan anggota tubuh mereka dengan tujuan menyelesaikan satu putaran kolam terlebih dahulu. Alih-alih kompetisi antar atlet, perlombaan ini merupakan pertarungan individu dimana setiap perenang melawan fisika inersia yang dijelaskan dalam hukum pertama Newton.

Mereka juga berkompetisi dengan gaya hambat yang dijelaskan dalam hukum kedua Newton. Perenang harus menciptakan gaya yang menggerakkan tubuh mereka hingga garis finis yang ada dalam hukum ketiga Newton, dengan harapan memperoleh medali emas.

Pada Olimpiade musim panas ini, akan menjadi pertama kalinya sembilan perenang elit dipandu oleh kembaran digital (digital twins) mereka. Sejak tahun 2015, tim peneliti di Universitas Emory dan Universitas Virginia, yang dipimpin oleh salah satu mereka yaitu Ono, telah melengkapi perenang dengan perangkat yang disebut unit pengukuran inersia untuk merekam percepatan, orientasi, dan gaya tubuh mereka.

Tidak seperti video digital biasa yang merekam 24 bingkai (frame) per detik, sensor ini menangkap informasi 512 bingkai per detik. Para perenang menjalani serangkaian tes dengan mengenakan sensor ini di pergelangan tangan, pergelangan kaki, atau punggung mereka. Dari sensor ini akan memberi data dampak pada percepatan mereka dari setiap putaran, percikan, tarikan, dan tendangan.

"Baru-baru ini kami mulai menggunakan sensor canggih yang mengukur gaya yang dihasilkan oleh tangan atlet. Perangkat teknologi tinggi ini mengukur perbedaan tekanan antara telapak tangan dan sisi tangan, yang menunjukkan arah gaya," papar Douglass pada laman Scientific American.

Apa yang sebelumnya dievaluasi hanya dengan melihat perenang di atas air kini dapat dipetakan menjadi serangkaian bagan dan grafik yang menunjukkan distribusi gaya di semua arah maju, ke samping, ke atas, dan ke bawah. Gaya yang diberikan ke arah mana pun selain maju adalah gaya yang terbuang.

"Kami menggunakan aliran angka ini untuk membuat kembaran digital atlet, yang menangkap gerakan mereka hingga milidetik. Kami kini telah mengumpulkan basis data besar kembaran digital dari lebih dari 100 perenang terbaik AS," ujar Douglass.

Dengan kembaran digital tersebut, dapat membuat rekomendasi yang segera meningkatkan teknik, menawarkan saran untuk strategi lomba, dan menunjukkan tujuan aspirasional jangka panjang semuanya dalam upaya mencapai rencana lomba yang optimal.

Dalam hal teknik, tim dapat mengidentifikasi kekuatan dan kelemahan komparatif atlet secara digital tanpa harus mengikuti lomba secara langsung. Jika ditemukan cacat teknis, seorang pelatih dapat menawarkan pelatihan presisi segera untuk memperbaikinya. Kembaran digital bahkan bisa mengukur tingkat keparahan cacat.

Berkat persamaan Newton dan data percepatan, dapat secara akurat memprediksi penghematan waktu yang dapat diharapkan oleh seorang atlet dengan perubahan tertentu. Hal ini bermuara pada integrasi numerik dari data percepatan karena nilai-nilai ini merupakan bagian dari perhitungan kecepatan.

Pelatih maupun perenang dapat melihat kelemahannya yang meliputi posisi kepala yang buruk, kaki yang terlalu rendah (yang dapat menyebabkan efek penahan dan perlambatan), rotasi tubuh yang tidak seimbang, dan pernapasan yang tidak efisien.

"Kembaran digitalnya memungkinkan kami mengukur signifikansi cacat ini," ungkap Douglass.

Kembaran digital juga memainkan peran penting dalam merancang strategi lomba. Analisis kembaran digital dapat menghasilkan perubahan tempo yang disarankan, pengaturan waktu gerakan tubuh, jumlah tendangan yang dilakukan dalam berbagai fase, dan pola pernapasan yang direkomendasikan. hay/I-1