Hightech & Sport

Wer bei den Olympischen Spielen auf den vorderen Plätzen landen will, kommt ohne Computer nicht mehr aus. Er überwacht das Training, analysiert die Daten – und deckt gnadenlos Schwächen auf.

Konzentriert duckt sich der Eisschnellläufer Jörg Dallmann in die Startposition. Ganz allein steht er auf der Eisbahn, man sieht die Anspannung in seinem Gesicht. Was man nicht sieht, steckt unter der Kleidung: ein elektronischer Pulssensor und ein Funksender, der ihn mit zwölf Überwachungsstationen im Hallenrund verbindet. »Sein Puls ist knapp 100, das ist akzeptabel«, sagt Joachim Müller. Der Diplom-Ingenieur sitzt oberhalb der Bahn in einer gläsernen Kabine und überwacht den Athleten auf einem 17-Zoll-Monitor. Dann fällt der Startschuss – Dallmann sprintet los. 1500 Meter liegen vor ihm.

Der Erfurter Eliteläufer trainiert für Olympia 2010, und hier in der Eissporthalle von Berlin-Hohenschönhausen kann er zum ersten Mal in dieser Saison seine Klasse beweisen. Dallmann nimmt die erste Kurve. Eine dünne gelbe Linie auf einem Monitor in der Kontrollkabine zeichnet seinen Weg zentimetergenau nach. Jede Abweichung von der Ideallinie wird der Athlet nach dem Lauf vorgerechnet bekommen. Sein Puls klettert auf 180. Auf der Gegengeraden zeigt die Messung im Kontrollraum 58 km/h. Dallmanns rechter Arm fliegt in den Kurven auf und ab, alles sieht perfekt aus. Doch die Messdaten sprechen eine andere Sprache: »Könnte besser sein«, meint Müller lakonisch.

Joachim Müller ist Mitarbeiter des Instituts für Angewandte Trainingswissenschaft in Leipzig (IAT). Es ist das zentrale Forschungsinstitut, das für den deutschen Spitzen- und Nachwuchsleistungssport im Einsatz ist. Seine Ergebnisse sind für Sportler und Trainer unverzichtbar. Wer um Hundertstelsekunden kämpft, kann sich längst nicht mehr allein auf das Urteil eines menschlichen Trainers verlassen – er braucht die volle Unterstützung durch die Messtechnik.

Rund 1000 Sportler aus 19 Spitzensportverbänden setzen auf die exakten Analysen der Techniker und Wissenschaftler des Instituts. Immer neue Methoden erfinden die Forscher, um die Sportler auf den Wettkampf vorzubereiten, immer neue Messgeräte entwickeln sie, um schon während des Trainings jede Muskelregung des Athleten genau zu registrieren. Selbst komplexe mathematische Simulationsverfahren werden eingesetzt, die sonst in der Autoindustrie zur Berechnung der Crash-Folgen für herumgeschleuderte Passagiere dienen. Arndt Pfützner, Direktor des IAT, fasst die Bedeutung seines Instituts so zusammen: »Erfolgreicher Spitzensport ohne Trainingswissenschaft in Verbindung mit Hightech ist heute nicht mehr möglich.«

Biathlon

Weil Biathlon Skilanglauf und Schießen miteinander verbindet, gibt es hier auch für den Computer zwei unterschiedliche Einsatzfelder. Beim Langlauf sind vor allem die Anstiege kritisch: »Dort entscheidet sich, ob der Läufer Zeit gewinnt oder verliert«, sagt Jürgen Wick, Leiter des Fachbereichs Ausdauer beim IAT. Das Tempo hängt hier unter anderem davon ab, welchen Winkel Ober- und Unterschenkel des vorderen Beins beim Ausfallschritt einnehmen.

Nur wenn dieser Winkel – je nach Steigung des Geländes — um die 100 Grad liegt, kann der Athlet sich kraftvoll abstoßen. Ob der Winkel stimmt, zeigen Videobilder von den Steigungen. In den Aufnahmen zeichnet der Computer automatisch die jeweiligen Winkelstellungen der Gliedmaßen ein. Michael Koch, der für die Biathlonanalyse zuständige Wissenschaftler beim IAT: »Gleich nach der Testrunde nehmen wir die Ergebnisse unter die Lupe. Dann geht der Läufer in die zweite Runde. Wir können danach die Bilder der ersten und zweiten Runde übereinanderlegen und erfahren, um wie viel sich der Biathlet verbessert hat.«

Das »Zittern« des Schützen beim Zielen wird elektronisch protokolliert: Ein kleiner Laser am Gewehrlauf projiziert einen weißen Lichtpunkt auf die Zielscheibe, und ein optischer Detektor, unterhalb des Lasers ebenfalls am Gewehrlauf montiert, verfolgt das Wandern des Zielpunktes. Nachher kann der Schütze am Computermonitor kontrollieren, wie sicher er gezielt hat.

Andere Messfühler kontrollieren den Kraftverlauf beim Abziehen. Wick: »Um den Schuss zu lösen, muss der Sportler am Abzug einen Widerstand von 500 Gramm überwinden. Im Idealfall erreicht der Finger zunächst 70 Prozent dieses Werts. Dann sollte die Kraftkurve ein Plateau aufweisen — das ist der Zeitpunkt, in dem das Ziel anvisiert wird. Zum Lösen des Schusses sind schließlich nur noch 30 Prozent zu überwinden. Diese Technik verhindert ein Verreißen der Waffe und erhöht damit die Zielgenauigkeit.« Beim Liegendschießen ermitteln Sensoren am Ende des Gewehrschafts auch, mit welcher Kraft der Schütze sein Gewehr festhält: Zu wenig Kraftaufwand lässt die Waffe schwanken, zu viel ebenfalls.

Beim Schießen im Stehen stellt sich der Sportler auf eine elektronische Messplatte. »Sie zeichnet auf, ob der Biathlet ruhig und sicher steht oder ob er sein Gewicht zu sehr von einem Bein auf das andere verlagert«, erläutert Wick. Unsicherer Stand geht natürlich auf Kosten der Treffsicherheit. Im Liegen sollte der Sportler den Atem beim Schuss anhalten, weil sich sonst der Brustkorb hebt oder senkt: Per Thermofühler stellen die Wissenschaftler fest, wann der Schütze ein- beziehungsweise ausatmet und wann er die Luft anhält.

Eisschnelllauf

Auf der 400-Meter-Bahn zählt nur eines: Tempo. Und das hängt von der Kondition und der Lauftechnik ab. Die Konditionsstärke zeigt sich an der Beschleunigung nach dem Start und nach den Kurven sowie an der erreichten Höchstgeschwindigkeit. Anstiegsverlauf und Höhe der Pulsfrequenz verraten, wie es um den Trainingszustand des Athleten bestellt ist. Kennt man sämtliche Werte, lässt sich ableiten, welche Trainingseinheiten der Sportler für einen weiteren Fortschritt braucht.

Die Leipziger Wissenschaftler setzen zur Ermittlung dieser Werte ebenso wie zur Aufzeichnung des genauen Laufwegs eine Art »Indoor-GPS« ein. Dazu trägt der Läufer auf dem Rücken einen federleichten Transponder, dessen Signale von zwölf Basisstationen in der Halle aufgefangen und in Sekundenbruchteilen ausgewertet werden. Dabei wird der Standort des Läufers zentimetergenau ermittelt und sein Kurs nachgezeichnet. Künftig wollen die Wissenschaftler in Berlin zusätzlich Videokameras einsetzen, damit sie die Körperhaltung und die Schrittfolge der Sportler detailliert kontrollieren können.

Besondere Aufmerksamkeit gilt dem Übergang von der Geraden in die Kurve. Dort wechselt die Lauftechnik komplett. Aus den weit ausholenden Bewegungen der Geraden wird eine enge Schrittfolge, bei der ein Fuß vor den anderen gestellt wird – möglichst scharf am Innenrand der Bahn entlang. Joachim Müller: »Man sollte auf den Zentimeter genau in die Kurve einschwenken — immer mit dem rechten Fuß zuerst —, um seinen Laufweg so kurz wie möglich zu gestalten. Sonst bleiben da leicht ein paar Hundertstelsekunden auf der Strecke.« Das Ziel für die Athleten ist klar: von den 400 Metern nur 398,2 zu laufen. Diesen reduzierten Wert nämlich ermittelt der Transponder auf dem Rücken, wenn der Läufer in perfekter Schräglage durch die Kurven zieht.

Eiskunstlauf

In dieser Disziplin wollen die Leipziger Wissenschaftler vor allem die Sprünge der Sportler optimieren. Karin Knoll: »Wir analysieren den Absprung und den Flug von Drei- und Vierfachsprüngen, um für jeden Sportler seine optimale, individuell abgestimmte Technik herauszufinden.« Ob ein Sprung mit einer erfolgreichen Landung oder mit einem Sturz endet, hängt von vielen Parametern ab: vom Anlauftempo, von der Absprungenergie, vom Absprungwinkel und von der Haltung während der Flugphase. Die Drehung lässt sich nämlich durch eng an den Körper gelegte Arme beschleunigen bzw. durch angewinkelte oder gar ausgestreckte Arme verlangsamen. Wie gut der Eiskunstläufer seine Technik beherrscht, offenbaren die Bilder von hochauflösenden Videokameras. Die Filmaufnahmen werden anschließend mit einem idealisierten Bewegungsablauf verglichen, den ein elektronischer Dummy auf einem Bildschirm vollführt.

Die dazu notwendige elektronische Steuerung der kleinen 3-D-Männchen auf dem Monitor haben die Leipziger zusammen mit dem Chemnitzer Institut für Mechatronik entwickelt. Dazu haben sie ein Programm zweckentfremdet, das ursprünglich dazu gedacht war, zu berechnen, wie Passagiere bei einem Autounfall herumgeschleudert werden. Mit denselben Methoden lässt sich auch der Flug eines Eiskunstläufers analysieren.

Skisprung

Hier kommt es auf den präzisen Absprung und die optimale Körperhaltung im Flug an. Zu früh oder zu spät abzuheben verkürzt die Sprungweite: Ein um 20 Zentimeter verpasster Absprung auf einer Normalschanze kann zu einem Weitenverlust von zehn Metern führen. Der Springer muss extrem genau reagieren — denn die 20 Zentimeter durchrast er in einer knappen Hundertstelsekunde. Wo genau ein Athlet seinen »explosiven Absprung« einleitet, ermitteln die Leipziger Wissenschaftler auf den Zentimeter exakt. Dazu haben sie an ausgewählten Schanzen auf den letzten 14 Metern sogenannte Kraftmessplatten installiert. Wo sich der Springer vom Untergrund abstößt, registrieren die Sensoren einen höheren Druck.

Um den anschließenden Flug zu dokumentieren, sind je nach Schanzengröße acht oder neun Videokameras in Flugbahnhöhe installiert. Deren hintereinandergeschaltete Bilder dokumentieren den gesamten Ablauf des Flugs. Ob Ski und Körper eine optimale »Tragfläche« bilden, ist ebenso zu sehen wie jede Flugkorrektur mit den Handflächen, die wie Seitenruder eines Flugzeugs eingesetzt werden können. Weil eine windschnittige Haltung schon bei der Schanzenabfahrt entscheidend ist, sind die Springer regelmäßig Gast im Windkanal. Sören Müller, der Skisprung-Fachmann am Leipziger Institut: »Ob Hockposition oder Kopfhaltung, alles wird aerodynamisch überprüft. Das ist wie bei der Autoentwicklung.« Erbarmungslos registrieren die Messgeräte jede falsche Fingerhaltung. Die Sportler können ihren Kontrolleuren nie entkommen — aber das ist ja auch ganz im Sinne der Athleten.