Development of a system to monitor surfer’s balance and plantar pressure and surfboard’s movement

O uso da tecnologia tem crescido nas últimas décadas nas mais diversas áreas, seja na indústria ou no dia-a-dia, e é cada vez mais evidente os benefícios que traz. No desporto não é diferente. Cada dia surgem novos desenvolvimentos objetivando a melhoria do desempenho dos praticantes de atividades físicas, possibilitando atingir resultados nunca antes pensados. Além disto, a utilização da tecnologia no desporto permite a obtenção de dados biomecânicos que podem ser utilizados tanto no treinamento quando na melhoria da qualidade de vida dos atletas auxiliando na prevenção de lesões, por exemplo. Deste modo, o presente projeto se aplica na área do desporto, nomeadamente, na modalidade do surfe, onde a ausência de trabalhos científicos ainda é elevada, aliando a tecnologia eletrônica ao desporto para quantificar informações até então desconhecidas. Três fatores básicos de desempenho foram levantados, sendo eles: equilíbrio, posicionamento dos pés e movimentação da prancha de surfe. Estes fatores levaram ao desenvolvimento de um sistema capaz de medi-los dinamicamente através da medição das forças plantares e da rotação da prancha de surfe. Além da medição dos fatores, o sistema é capaz de armazenar os dados adquiridos localmente através de um cartão de memória, para posterior análise; e também enviá-los através de uma comunicação sem fio, permitindo a visualização do centro de pressões plantares; dos ângulos de rotação da prancha de surfe; e da ativação dos sensores; em tempo real. O dispositivo consiste em um sistema eletrônico embarcado composto por um microcontrolador ATMEGA1280; um circuito de aquisição e condicionamento de sinal analógico; uma central inercial; um módulo de comunicação sem fio RN131; e um conjunto de sensores de força Flexiforce. O firmware embarcado foi desenvolvido em linguagem C. O software Matlab foi utilizado para receção de dados e visualização em tempo real. Os testes realizados demostraram que o funcionamento do sistema atende aos requisitos propostos, fornecendo informação acerca do equilíbrio, através do centro de pressões; do posicionamento dos pés, através da distribuição das pressões plantares; e do movimento da prancha nos eixos pitch e roll, através da central inercial. O erro médio de medição de força verificado foi de -0.0012 ± 0.0064 N, enquanto a mínima distância alcançada na transmissão sem fios foi de 100 m. A potência medida do sistema foi de 330 mW.The use of the technology has been increase on last decades in many different fields. On sports is not different. Everyday new developments came to help athletes improving their performance, allowing achieve results never thought. Beyond that, the use of technology allows the biomechanical data acquisition which can be used for training development or in injuries prevention, for instance. Thus, this project is developed in sport field, particularly in surf modality where the absence of scientific studies still present, combining electronic technology and sport to quantify information that remaining unknown. Three basic factors known as influence surfer’s performance were verified: balance; feet positioning; and surfboard’s movement. These factors led to the development of a system that is capable to measure them dynamically trough measuring plantar forces and surfboard’s rotation. Beyond measuring these factors, the system is able to store the data locally trough a mass storage device and send them through WiFi, allowing the visualization of the Center of Pressure; surfboard’s rotation; and sensors’ activation; in real time. The device is an electronic embedded system composed by a microcontroller ATMEGA1280; a analog conditioning and acquisition circuit; an inertial measurement unit; a WiFi module RN131; and two matrix of Flexiforce force sensors. The embedded firmware was developed in C Language. The software Matlab was used to receive and show the data in graphics in real time. The tests have shown that the system works properly fulfilling the project requirements providing information about balance, through the center of pressure; feet positioning, through the plantar force distribution; and surfboard’s movement on pitch and roll axes, through the inertial measurement unit. The force mean error of measurement of force verified was -0.002 ± 0.0064 N, meanwhile the shorter data transmission distance was 100 m. The measured power in operation was 330 mW