Olympisch goud dankzij software en data

Zo stuurt een supercomputer van Surf, ict-dienstverlener voor het hoger onderwijs, in Amsterdam de olympische zeilers vlak voor aanvang van de wedstrijden een gedetailleerde windvoorspelling. In Tokio wordt gefietst op de snelst mogelijke baanfiets. Het hele Nederlandse team draagt een Cool Cap ter verkoeling. En de paralympische rolstoel-basketbaldames krijgen essentiële data over hun trainingsprestaties. De rolstoelen zijn uitgerust met speciale sensors. 

Meestal krijgen de sporters en hun trainers alle credits. Vergeten wordt dat achter vrijwel elk medaille-succes tegenwoordig een heel team wetenschappers zit. Op de achtergrond zorgen computerwetenschappers, data scientists, softwareontwikkelaars en ingenieurs ervoor dat Oranje nog een mooie zomer gaat beleven.

Daarbij speelt het onderzoeksprogramma Sportinnovator een belangrijke rol. Dit programma, aangevoerd door Harry van Dorenmalen, oud-topman van IBM Nederland, legt een belangrijk fundament onder de verwetenschappelijking van de sport. Rond een digitaal platform voor dataonderzoek is een solide infrastructuur opgebouwd, aldus Van Dorenmalen, voorzitter Topteam Sport. Verder komt uit het netwerk van innovatiecentra met de TU Delft voorop een voortdurende een stroom aan sportinnovaties. 

Windvoorspellingen

Sleutel tot succes in bijvoorbeeld de zeilsport is een ‘gouden windvlaag’ in de zeilen te vangen. Maak je verkeerde inschattingen dan mis je de boot. De Delftse meteoroloog Sukanta Basu hoopt met zijn zeer gedetailleerde windvoorspellingen de Nederlandse zeilers aan de overwinning te helpen. 

Hij maakte een voorspellingsmodel dat de coaches elke wedstrijdochtend van informatie voorziet. Voor elke tien minuten van de zeilwedstrijd worden de windrichting en windsnelheid voorspeld. Zulke gedetailleerde weersverwachtingen zijn niet uit een online weerbericht te halen. Uit Basu’s model rollen dagelijks vele terabytes aan data. Maar hij geeft alleen informatie die de zeilers echt kunnen gebruiken. 

De belangrijkste vraag is of de omstandigheden plotseling tijdens de race veranderen. In het olympisch zeilgebied kan een eiland bij een bepaalde windrichting heel snel de luchtstroming veranderen. Dat maakt de wind heel onberekenbaar. Master student Kars Trommel hielp Basu alle mogelijke windpatronen te ontdekken. Hij gebruikte daarvoor deep learning, een tak van kunstmatige intelligentie. 

Data-analyse

Voor zijn model moest Basu de benodigde data grotendeels zelf verzamelen. Het Sailing Innovation Center hielp hem met de data-analyse. Als startpunt gebruikte Basu een bestaande meteorologische dataset (GFS). Maar die bood niet genoeg ruimtelijke resolutie. Daarom paste hij dynamical downscaling toe met behulp van het WRF-model en met machine learning. 

Basu: ‘De code van dat model is miljoenen regels lang. Je kunt de GFS-data vergelijken met een foto van bijvoorbeeld twee megapixels.’ Via downscaling maakte hij daar meer dan 200 megapixels van. ‘Daardoor kan je verder inzoomen en meer details uit de foto halen.'

Bij dynamical downscaling praat je alleen niet over de pixels van een foto, maar over rasterpunten die over de hele wereld verdeeld liggen. Voor elk rasterpunt lost het model vergelijkingen op en daar rolt dan een weersvoorspelling uit. Basu bereikte onlangs een resolutie van een kilometer. Hij probeert nog voor het begin van de wedstrijden tot vijfhonderd meter of zelfs 250 meter te komen. Dat vereist een enorme rekenkracht afkomstig van Surf in Amsterdam. 

Luchtstromingen

Ook wielrenners hebben veel te maken met luchtstromingen. De Belgische hoogleraar Bert Blocken, verbonden aan de TU Eindhoven, kijkt gespannen uit naar de verrichtingen van zijn landgenoot Wout van Aert, Primoz Roglic en uiteraard de Nederlandse troef Tom Dumoulin. Blocken die veel samenwerkt met Jumbo-Visma, is wetenschappelijk directeur van de windtunnel in Eindhoven. Hij hielp het trio wielrenners hun positie op de fiets te optimaliseren. 

Aerodynamisch onderzoek moet leiden tot minder luchtweerstand. Hoe belangrijk dat is, bewijst viervoudig Tour de France 2021-winnaar Mark Cavendish. Door tijdens het sprinten uiterst laag bij de grond te blijven weet de Brit 24 procent minder luchtweerstand te bereiken. Blocken deed ook veel Covid-19-onderzoek. Dat vormde de basis voor het besluit van TeamNL om in Toko de Nederlandse atleten te beschermen met 15 luchtreinigers van PlasmaMade.

Baanfiets

Wielrennen staat steeds vaker in het teken van geavanceerde techniek. Arend Schwab, de fietsprofessor van TU Delft, ontwierp een baanfiets die naar wetenschappelijke inzichten de snelste ter wereld is. Zijn fiets is 35 procent stijver, 15 procent lichter en 24 procent meer aerodynamisch. Hierdoor vervormt de fiets minder, is de fiets beter bestuurbaar en kunnen de renners al hun vermogen kwijt.

Schwab: 'De fiets is niet eerst gebouwd om er later een renner op te zetten, maar wij hebben eerst naar de renner gekeken en hebben vervolgens daaromheen een fiets gebouwd.' De baanfiets is een gezamenlijk project van de KNWU, fabrikant Koga, Actiflow, Pontis Engineering en de TU Delft. Actiflow, een spinoff van de TU Delft, ontwikkelde software voor luchtstroming-computersimulatie.

Rolstoelsensor

Een andere innovatie is de slimme rolstoel met sensoren. Dankzij deze Delftse vinding zijn de bewegingen van de paralympische rolstoelbasketbalsters nauwkeurig vast te leggen. Hierdoor kunnen de rolstoelen beter worden afgesteld wat blessures aan de armen helpt te voorkomen.

Onderzoeker Rienk van der Slikke ontwikkelde een sensor die het aantal pushes, rotaties en versnellingen registreert. De data levert waardevolle informatie op over het wedstrijdverloop, bijvoorbeeld of de afgelegde meters overeenkomen met de training.

‘Als duidelijk wordt dat iemand nooit zijn topsnelheid haalt in wedstrijden, kun je de vraag stellen of je nog wel op snelheid moet trainen’, aldus coach Gertjan van der Linden. De vergaarde informatie maakt advies op maat mogelijk aan de atleten die verschillende handicaps hebben.

Koele pet

Om de grote warmte in Tokio het hoofd te bieden zijn speciale petten ontwikkeld die verkoeling geven. De sporters kunnen dankzij de MyTemp thermo-pil ook de warmte monitoren. Lotte Lintmeijer, data scientist bij Sport Data Valley, maakte het dashboard waarop gebruikers van deze pil kunnen aflezen hoe hun temperatuur tijdens een training fluctueert. 

De in het begin aangehaalde Harry van Dorenmalen, voorzitter Sportinnovator, heeft alweer de ambitie geformuleerd richting de Olympische Spelen van Parijs in 2024: groter, sneller en beter. Hij wil doorgaan op de ingezette weg. Dat betekent dat Sport Data Valley hét nationale platform wordt voor analyse en onderzoek van data rond sport en bewegen. Universiteiten moeten daarin een centrale rol vervullen. Zo kunnen sporters, begeleiders en coaches toegang krijgen tot analyses, gepersonaliseerde dashboards en onderzoek. En krijgen onderzoekers tools voor analyse van data.

Nu de medailles nog!