Force Plate 101: 지면반력기는 무엇이며 왜 사용하나요?

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저자 소개

Jo Clubb 는 전 세계의 전문 팀, 운동선수, 현장 관리자 및 스포츠 기술 회사에 스포츠 과학 지원을 제공하는 Global Performance Insights 의 창립자이자 스포츠 과학 컨설턴트입니다 . Premier League, NHL, NFL 등을 포함한 수년간의 하이퍼포먼스 경험을 바탕으로 그녀는 블로그, YouTube 채널, 과학 간행물 및 교과서를 통해 스포츠 과학 인사이트를 공유합니다.

이 기사에서 Jo는 지면반력기가 무엇인지, 그리고 VALD의 ForceDecks 기술이 어떻게 작동하는지 설명합니다.


지면반력기 기술의 진화

상용화 초기에는 힘판이 크고 번거로웠습니다. 수집된 로우 데이터를 변환하기 위해 수동 분석이 필요했습니다. 이로 인해 생체역학 실험실에서만 사용이 제한되었습니다. 그러나 지면반력기는 이후 VALD의 ForceDecks Dual Force Plate System 과 같이 점점 더 자동화된 분석을 통해 휴대용 버전으로 발전했습니다.

이러한 발전으로 인해 헬스케어와 스포츠 전반에 걸쳐 다양한 환경에서 일상적으로 사용할 수 있게 되었고, 그 유용성은 전문 실험실을 넘어서게 되었습니다.

지면반력기의 작동 원리

지면반력기 일반적으로 압전 또는 스트레인 게이지 센서가 장착된 플랫폼입니다. 이 센서는 서기, 걷기, 점프 또는 달리기와 같은 다양한 활동을 수행하는 사람에 의해 가해지는 지면 반력(GRF)을 측정합니다. ForceDecks에서 플랫폼의 로드 셀에 내장된 스트레인 게이지는 적용된 힘에 비례하는 응력을 측정합니다. 이러한 힘은 뉴턴의 운동 법칙에 따라 개인이 지면과 상호 작용할 때 기록됩니다.

ForceDecks 내부를 보면 각 플레이트의 4개 로드 셀 센서가 플레이트 상단에 가해지는 힘을 측정하기 위해 어떻게 배열되어 있는지 보여줍니다.
ForceDecks 내부를 보면 각 플레이트의 4개 로드 셀 센서가 플레이트 상단에 가해지는 힘을 측정하기 위해 어떻게 배열되어 있는지 보여줍니다.

뉴턴의 제3법칙 인 작용과 반작용은 자연의 모든 작용(힘)에는 동등하고 반대되는 반작용이 있다고 말합니다. 따라서 개인이 가만히 서 있을 때 GRF는 체중을 나타냅니다. 움직임에 따라 GRF는 뉴턴의 제2법칙 에 따라 개인이 가속하기 위해 적용하는 힘에 따라 변경됩니다. 힘은 뉴턴(N)으로 측정됩니다. 여기서 1N은 질량 1kg의 물체를 초당 1미터(즉, 1m/s 2 )로 가속하는 데 필요한 힘입니다.

뉴턴의 제3법칙 적용 - 상단 플레이트에 가해지는 힘을 측정하는 데 사용되는 로드 셀 내부의 스트레인 게이지.
뉴턴의 제3법칙 적용 - 상단 플레이트에 가해지는 힘을 측정하는 데 사용되는 로드 셀 내부의 스트레인 게이지.

힘-시간 곡선

ForceDecks 소프트웨어는 운동 지속 시간에 걸쳐 수직 GRF를 시각화하여 힘-시간 곡선을 생성합니다. 이 데이터는 속도, 동력, 변위를 포함한 다른 매개변수를 계산하기 위해 분석됩니다.

일반적인 지면반력 테스트인 반동 점프(CMJ)에 대한 힘-시간 곡선을 고려해보겠습니다. CMJ는 아래쪽으로 내려가는 것부터 시작하여 가능한 한 높이 점프하는 수직 점프 능력을 측정합니다. 이는 상체 개입을 최소화하기 위해 엉덩이에 손을 대고 수행됩니다. 대조적으로, 팔이 있는 CMJ는 Abalakov 점프로 특징지어집니다. 테스트 프로토콜에 대한 자세한 내용은 기타 테스트의 방대한 라이브러리와 함께 CMJAbalakov 에 대한 VALD 기술 자료에서 확인할 수 있습니다.

일반적인 지면발 테스트에 대한 일반적인 힘-시간 곡선: CMJ, 힘 추적 및 움직임 단계와 관련된 상관 움직임이 있습니다.
일반적인 지면발 테스트에 대한 일반적인 힘-시간 곡선: CMJ, 힘 추적 및 움직임 단계와 관련된 상관 움직임이 있습니다.

ForceDecks 소프트웨어에서 총 수직 GRF는 회색 선으로 표시됩니다. 또한 ForceDecks는 각 측면에 하나씩 두 개의 플레이트를 사용하는 듀얼 지면반력 시스템이므로 왼쪽(파란색 선)과 오른쪽(주황색 선) GRF도 표시됩니다.

ForceDecks 앱에 표시된 세 가지 힘 추적은 왼쪽(파란색), 오른쪽(주황색) 및 전체(회색) 힘을 나타냅니다.
ForceDecks 앱에 표시된 세 가지 힘 추적은 왼쪽(파란색), 오른쪽(주황색) 및 전체(회색) 힘을 나타냅니다.
이를 통해 점프 전반에 걸쳐 왼쪽과 오른쪽 사이의 대칭성 또는 비대칭성을 지속적으로 평가할 수 있습니다.

가속도-시간 곡선은 힘 데이터(힘 = 질량 x 가속도)에서 파생되며, 이로부터 질량 속도 중심은 시간에 대한 가속도를 통합하여 계산됩니다. 힘-시간 곡선과 속도-시간 곡선을 모두 계산하면 전력-시간 곡선도 도출할 수 있습니다(전력 = 힘 x 속도이므로). 따라서 힘, 속도, 힘 및 대칭과 관련된 다양한 변수는 특정 랜드마크뿐만 아니라 다양한 점프 단계(동심, 편심 및 착지)에 대해 계산됩니다.

ForceDecks에서 수행되는 일반적인 CMJ에서 생성된 힘 추적의 주요 랜드마크입니다.
ForceDecks에서 수행되는 일반적인 CMJ에서 생성된 힘 추적의 주요 랜드마크입니다.

지면반력기 사용 시 주요 고려 사항

유효하고 신뢰할 수 있는 데이터를 수집하려면 지면반력기의 적절한 사용과 일관된 설정이 필수적입니다. 중요한 요소는 다음과 같습니다.

  • 기술 사양: ForceDecks 소프트웨어는 다양한 지면반력 기술과 호환됩니다. 지면반력기가 인구 및 응용 분야에 충분한 부하 용량(하드웨어가 허용할 수 있는 최대 힘)과 샘플링 빈도(초당 데이터 포인트가 측정되는 횟수)를 갖추고 있는지 확인하셔야합니다. 이러한 사양에 대한 자세한 내용은 여기에서 확인할 수 있습니다 .
  • 이동성 및 설정: ForceDecks 기술은 휴대가 가능하므로 프리시즌 캠프, 원정 경기, 클리닉 등 다양한 환경에서 사용하는 데 이상적입니다. 그러나 하드웨어는 매번 적절한 위치에 설치되어야 하며, 가장 중요하게는 하드웨어 아래에 단단하고 일관된 표면이 있어야 합니다.
  • 교정: 공장 표준 교정은 플레이트가 현장에서 정기적으로 교정될 필요가 없다는 것을 의미합니다. 그러나 사용자는 체크 플레이트가 올바르게 설정되어 있고 힘을 올바르게 보고해야 합니다. 표준 중량판에도 차이가 있지만 사용자는 알려진 하중(최소 50kg/100lb)을 측정하여 이를 확인할 수 있습니다.
  • 수집 일관성: 스포츠 또는 임상 환경에서는 외부 요인을 제어하는 것이 어려운 반면, 일관된 루틴, 테스트 시간 및 워밍업을 유지하는 것이 중요합니다.
  • 테스트 프로토콜: 시험, 개인 및 날짜 전반에 걸쳐 반복성을 위해 일관된 테스트 프로토콜을 사용합니다. VALD는 기술 자료 에서 광범위한 테스트 프로토콜 라이브러리를 제공합니다 .
  • 점프 전 무게 측정: 이는 테스트 프로토콜에 속하지만 그 자체로 반복할 가치가 있는 매우 중요한 사항입니다! 점프 전 정확한 체질량 측정은 후속 분석에 매우 중요합니다. 그러므로 점프 직전에 개인이 가만히 서 있도록 하여 이것이 정확한지 확인해야합니다.

지면반력 테스트 선택

지면반력기는 스포츠의 근력 및 파워 진단에 광범위하게 사용됩니다. 의료 분야에서는 전문 스포츠에서도 일반적으로 적용되는 재활 및 운동에 대한 임상 분석을 지원합니다.

VALD는 ForceDecks 테스트를 점프, 기능, 균형 및 아이소메트릭 으로 분류합니다 . 이러한 범주에 속하는 대부분의 테스트는 고급 통계 기술을 사용하여 힘-시간 곡선을 기반으로 수행된 테스트를 자동으로 식별하는 VALD의 자동 감지 기능의 이점을 활용합니다.

ForceDecks에서 사용할 수 있는 주요 테스트 개요
이러한 테스트는 개인의 운동 능력, 힘 생성, 피로 상태, 재활 및 경기 복귀 진행 상황, 왼쪽에서 오른쪽 비대칭에 대한 인사이트를 제공할 수 있습니다.

평가 배터리에 포함할 테스트를 결정할 때 위 사항들을 염두하고 진행하는 것이 중요합니다. 우리는 운동선수와 고객의 시간과 역량을 존중해야 하며, 따라서 검사 선택은 불필요한 부담을 최소화하면서 가치를 극대화 해야 합니다 .

이미 설명한 대로 CMJ는 하체 근력 능력에 대한 거의 최대 평가를 제공합니다. 그러나 스포츠/인구, 시즌 시간, 부상 이력 및 상태에 따라 스포츠 과학자 및 임상의가 관심을 가질 수 있는 다양한 다른 역량이 있습니다.

예를 들어, VALD 물리 치료사 Sasha Birge는 Plyometric Continuum에 대해 설명 하고 스쿼트 평가부터 낙하 점프에 이르기까지 탄성 에너지를 저장하고 방출하는 신체의 능력을 평가하기 위해 다양한 ForceDecks 테스트를 사용할 수 있는 방법을 설명했습니다.

지면반력기 활용은 점프 그 이상으로 확장됩니다. 근력 증진을 위한 아이소메트릭 훈련에 대한 연구가 늘어나면서 동시에 아이소메트릭 평가에 대한 관심도 높아졌습니다. YouTube의 VALD 선수 테스트 시리즈 에 설명된 IMTP는 최대 힘에 대한 안전하고 효과적인 평가를 제공합니다. 이는 이제 더 까다롭고 시간이 많이 걸리는 최대 강도 테스트보다 더 자주 활용됩니다

IMTP는 근력에 대한 전반적인 전신 평가를 제공하지만 Alex Natera의 Run-Specific Isometric Assessment Battery 와 같은 다관절 평가를 확대하는 것도 가치가 있을 수 있습니다. Alex는 VALD의 ForceDeck을 이 프로세스에 통합하는 방법을 자세히 설명했습니다.

VALD의 ForceDecks 기술은 인간 움직임의 복잡한 역학에 대한 인사이트를 제공합니다. 다양하고 실용적인 장치로의 진화는 인간의 퍼포먼스와 건강을 이해하고 향상시키는 데 있어 중요성을 강조합니다. 기술이 계속 발전함에 따라 지면반력기의 잠재적인 적용 범위가 확대되어 움직임의 역학에 대한 더 깊은 인사이트를 제공하게 될 것입니다.

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