Plantari ciclismo, come guadagnare watt con i trasduttori di forza

I trasduttori di forza sono un’innovativa tipologia di plantari concepiti per migliorare le prestazioni nel ciclismo. Solitamente pensiamo ai plantari esclusivamente da un punto di vista ortopedico ma, in questo caso, il team composto dal dottor De Ponti e dagli ingegneri Corradini e Dell’Agostino è riuscito a realizzare una “soletta” in grado di garantire un incremento delle proprie performance attraverso una tecnologia applicata al gesto della pedalata.

I trasduttori di forza, i nuovi plantari per il ciclismo

Analizzando la letteratura specializzata, notiamo come nessuno prima di loro abbia mai realizzato studi in questa branca. Il trasduttore di forza è stato realizzato per permettere al ciclista un guadagno di watt in modo lecito, ma… forse sarebbe meglio rispondere subito ad alcune questioni prima di addentrarci in conclusioni affrettate.

Che cos’è? A che cosa serve? Quali dati sono emersi dai test biomeccanici? Chi sono i suoi inventori? Andiamo a scoprirlo.

Che cosa sono i trasduttori di forza?

I trasduttori di forza, riprendendo la spiegazione fornita dall’ingegner Dell’Agostino, sono plantari innovativi da inserirsi all’interno delle scarpette in uso per le biciclette da corsa, vengono realizzati su misura per i singoli atleti e sono specificamente studiati per massimizzarne la forza trasmessa ai pedali.

A che cosa servono?

I trasduttori di forza migliorano la catena cinetica di trasmissione del moto dal piede al pedale, permettendo all’energia espressa dal ciclista di giungere al pedale senza dispersioni. Senza trasduttore, il piede adatta la propria forma alla scarpa durante l’atto della pedalata e, in questo modo, disperde energia utile.

In parole più semplici, i trasduttori aiutano il piede a contenere la dispersione di energia durante la pedalata, garantendo così un incremento nella produzione dei watt espressi.

A tal proposito, il dottor De Ponti ci ha fornito alcuni dettagli fondamentali.

La trasmissione della forza muscolare avviene da un punto di vista biomeccanico attraverso il piede, che agisce sul pedale e qualsiasi dispersione in quel punto porterà a una resa inferiore. Gli elementi in gioco risultano: piede, calzatura, tacchetta e pedale.

Incominciamo dall’elemento anatomico, cioè il piede che, quando trasmette la forza, si deve irrigidire per evitare la dispersione di energia. Questo irrigidimento consiste nel contenimento del fisiologico movimento di pronazione verso l’interno con il blocco da parte della muscolatura dell’articolazione mediotarsica e sottoastragalica, esattamente ciò a cui è preposto lo scarpone da sci che, essendo estremamente rigido, esclude movimenti inutili e dispersivi di forze.

Pur non essendo possibile arrivare a ciò nel ciclismo a causa della particolare biomeccanica del gesto atletico, il piede può essere comunque posto in una condizione tale da essere favorito nel proprio irrigidimento al momento dell’applicazione della forza.

Al contempo, la calzatura deve accoglierne l’anatomia plastica e, insieme, possedere un’adeguata rigidità in corrispondenza della suola in modo da concentrare la forza sul punto anteriore di espressione dell’energia proprio dov’è posizionata la tacchetta che fa da interfaccia col pedale.

Adesso ritorniamo a focalizzarci sul piede per andare poi a comprendere l’azione del trasduttore di forza.

Quando si applica la forza, il piede si irrigidisce per limitare i suddetti movimenti e, in seguito, le parti molli si deformano per abbracciare la suola della calzatura e trasmettere la forza stessa. Tutto ciò, durante il ciclo della pedalata, significa perdere tempo poiché piede e suola non sono speculari e l’anatomia del piede si deve adeguare.

Il trasduttore di forza è dunque quell’elemento che, inserito tra suola e piede, permette a quest’ultimo di contenere la dispersione di energia, fornendo un guadagno importante sotto il profilo del wattaggio al ciclista. È studiato sul singolo atleta, è leggerissimo e viene realizzato con materiali speciali a portanza modulata.

Come agisce:

– Limita i movimenti dell’articolazione sottoastragalica e mediotarsica;

– Riduce il tempo di deformazione e la deformazione complessiva delle parti molli del piede accelerando l’applicazione della forza al pedale;

– Aumenta la superficie di trasmissione della forza del piede con un’area maggiore di appoggio;

– Impone al piede la biomeccanica ottimale del movimento.

Svolgimento dei test biomeccanici sul trasduttore di forza

È stata effettuata un’elaborazione campione impiegando sistemi e materiali di nuova generazione a Milano presso lo Studio Biomedico, mentre i test si sono svolti presso la Milano Cycling con strumenti di valutazione SRM, che misurano direttamente al pedale la coppia sviluppata dal ciclista.

L’analisi è stata portata avanti misurando per 10 secondi la potenza espressa con frequenza di pedalata costante di 90 RPM. Tutti i tester hanno effettuato un riscaldamento preliminare alla prova descritta, recuperando dopo ogni prova e hanno calzato sempre le stesse scarpette.

Queste prove sono state svolte sia con plantari standard sia con i trasduttori di forza all’interno delle scarpette. Questi ultimi sono stati applicati sia in configurazione totale (su entrambi i piedi) sia in configurazione parziale (su un solo piede) ed erano realizzati su misura per ognuno.

I dati acquisiti riportano la posizione angolare del pedale e la coppia corrispondente. Si possono quindi osservare i singoli giri del pedale (360º), dove si evidenziano i due picchi di coppia dati per ogni frazione di angolo.

Risultati dei test

I valori elaborati (epurati da possibili errori) con i programmi Matlab in uso al Politecnico di Milano (utilizzati anche nei crash test automobilistici) indicano un miglioramento dell’espressione di forza oscillante tra il 5% e l’8% a circa 400 watt (la curva è esponenziale: più aumenta la potenza più c’è un incremento).

Come si può evincere dalla tabella sottostante in cui sono riportati i dati di due tester, il primo ha espresso una potenza di 393 watt senza trasduttore, migliorandosi di 19 watt grazie alla “soletta”, mentre il secondo è passato da 396 a 427.

Per chi volesse approfondire le proprie conoscenze sui trasduttori di forza e sulle modalità di svolgimento dei test, consigliamo di inviare una e-mail al seguente indirizzo: studiobiomedicocdp@gmail.com.

Il team: De Ponti, Dell’Agostino e Corradini

Luca De Ponti è un medico ortopedico attivo nel mondo dello sport da vari decenni. Ha vestito la maglia della nazionale italiana tra i master prima nell’atletica leggera e poi nel ciclismo e ha operato numerosi atleti nazionali. Tesserato per il Velo Club Segrate, ha scritto diversi libri su tendini, piedi e ginocchia dello sportivo.

Stefano Dell’Agostino e Federico Corradini sono ingegneri del Gruppo Ricerche al Politecnico di Milano e hanno lavorato intensamente sullo sviluppo dello studio delle forze nei crash test.