Sport und Technik - Anwendungen moderner Technologien in der Sportwissenschaft. Habilitationsschrift

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1 Sport und Technik - Anwendungen moderner Technologien in der Sportwissenschaft Habilitationsschrift zur Erlangung des akademischen Grades Doctor philosophiae habilitatus (Dr. phil. habil.) genehmigt durch die Fakultät für Geistes-, Sozial- und Erziehungswissenschaften der Otto-von-Guericke-Universität Magdeburg von Dr. phil. Dipl.-Ing. Jürgen Edelmann-Nusser geb. am in Esslingen am Neckar Gutachter: Prof. Dr. phil. habil. Klaus Pfeifer Prof. Dr.-Ing. SändorVajna Prof. Dr. phil. habil. Albert Gollhofer Magdeburg, 12. Januar 2005

2 Vorwort 11 Kapitel 1: Einleitung 13 Kapitel 2: Sportinformatik Künstliche Neuronale Netze Biologische Grundlagen Aufbau und Informationsverarbeitung eines künstlichen Neurons Die Topologie künstlicher Neuronaler Netze Typen von Lernaufgaben und -verfahren sowie die Validierung künstlicher Neuronaler Netze Architekturen Neuronaler Netze Multilayer-Perceptrons Selbstorganisierende Karten nach Kohonen Modellzwecke künstlicher Neuronaler Netze Modellierung und Prognose von Wettkampfleistung im Schwimmen Methoden Datenbasis Datenauswertung Validierung Validierung des Neuronalen Netzes an sich Vergleich Neuronales Netz - multiple lineare Regression Erstellung der Prognose für die olympische Wettkampfleistung Untersuchungsergebnisse 50

3 2.2.3 Diskussion Praktische Folgerungen Ausblick auf einen synergetischen oder chaostheoretischen Ansatz Selbstorganisierende Karten zur Klassifikation von Rückenschmerz-Patienten Methoden Datenbasis Datenauswertung Ergebnisse, neuronale Karten Diskussion Training alle Merkmale" und Training Alter und Gewicht" Training ohne Wirbelsäule" und Training ohne Gewicht, Größe, Beruf und Sport" Labeling nach mentalem Befinden 71 Kapitel 3: Leistungsdiagnostik und Messtechnik Olympisches Bogenschießen Stand der Forschung bis Ziele und Fragestellungen Koordinative Bewältigung der Auflösung des Kräftegleichgewichts Maximalkraft Bewegungsregulation beim Bogenschießen - Kontrolle durch den Klicker Bewegung des Bogens während des Zielens und bei der Schussauslösung Einteilung des Kapitels 3 im Hinblick auf die Fragestellungen In der Literatur beschriebene Messtechnik zur Erfassung des Lösens des Schusses und des Klickerns 84

4 3.2 Leistungsdiagnostik im olympischen Bogenschießen - Lösen und Maximalkraft Methoden : Übersicht der durchgeführten Untersuchungen Oberflächenelektromyographie Messtechnische Erfassung der Zeitpunkte des Klickerns, des Lösens der Hand von der Bogensehne und des Lösens des Pfeils von der Bogensehne Maximalkrafttests Reaktionstests und verlängerte Pfeile Kombinierte Laser-, Video- und EMG-Erfassung Ergebnisse und Diskussion Koordinative Bewältigung der Auflösung des Kräftegleichgewichts: EMG beim Schießen und Kinegramme Bewegungsregulation beim Bogenschießen - Kontrolle durch den Klicker: Reaktionszeitmessungen, verlängerte Schüsse und verlängerte Pfeile Beanspruchungsprofil beim Bogenschießen: Maximalkrafttests Bewegung des Bogens bei der Schussauslösung: Kombinierte Laser-, Video- und EMG-Erfassung, Einfluss der M. pectoralis major-koordination Zusammenfassung und Konsequenzen für die Trainingspraxis Zeitvariante Spektralanalyse von Oberflächenelektromyogrammen im Bogenschießen Methodik Zeitvariante Spektralanalyse Untersuchungsdesign Ergebnisse Leistungsniveau Allgemeine elektromyographische Charakteristik des M. trapezius pars transversa Zeitabhängige Spektren Zeitabhängige Momentanmedianfrequenz Diskussion 126

5 3.3.4 Schlussfolgerungen Die Trajektorie des Bogens während des Zielvorganges und der Schussauslösung Methoden Eine Methode zur Erfassung der Trajektorie des Bogens Untersuchungsdesign Ergebnisse und Diskussion Die Bewegung des Bogens während des Zielvorganges Die Bewegung des Bogens unmittelbar vor dem Lösen des Pfeils von der Bogensehne Die Haltefenster Abschließende Bemerkungen 137 Kapitel 4: Sportgerätetechnik Evaluation eines schwimmspezifischen Messplatzes Methode Ergebnisse Diskussion Eine Methode zur schnellen Abschätzung des Abriebverhaltens von Laufschuhen Methoden Ergebnisse Zusammenfassung und Schlussfolgerungen Systematische Verbesserung der Funktonalität eines Gerätesystems im Leistungssport am Beispiel des Recurve- Bogens Analyse der mechanischen Eigenschaften Analyse der sportlichen Technik und sportartspezifische Messmethoden Zusammenfassung Messmethoden Zusammenfassung zur sportlichen Technik 168

6 4.3.3 Operationalisierung der Funktionalität Möglichkeiten der Verbesserung der Funktionalität Bogen mit verbesserter Funktionalität Beispiel für eine individuelle Verbesserung der Funktionalität und deren Evaluation Ansatz für die generelle Verbesserung der Funktionalität Entwicklung eines Recurve-Bogenmittelteils unter Verwendung Evolutionärer Algorithmen Grundlagen Evolutionärer Algorithmen Evolutionsstrategien und Genetische Algorithmen Codierung der Individuen Variation der Individuen Variation durch Mutation Variation mittels Rekombination durch Crossover Variation mittels Rekombination durch Mittelwertbildung Selektion der Individuen Die Optimierung Methoden Analyse der auf das Mittelteil wirkenden Kräfte Strukturanalyse des Hoyt-Mittelteils RADIAN Werkstoffanalyse und -prüfung Ergebnisse der Strukturanalyse Konstruktion eines parametrischen CAD-Modells Optimierung der 24 Parameter des CAD-Modells und Auswahl eines Modells zu Fertigung Ergebnisse Diskussion 208 Kapitel 5: Resümee und Ausblick 213 Literatur 219