Een belangrijke vraag als je een wielrenner in een virtuele windtunnel wil droppen om de meest aërodynamische en efficiënte fietshouding te achterhalen. Aan de KU Leuven zijn ze er volop mee bezig.

Erwin Koninckx, die wetenschappelijk mede-werker is aan de Faculteit Bewegings- & Revalidatiewetenschappen (FaBeR) van de KU Leuven, kan een zeldzame combinatie van diploma’s voorleggen: hij is zowel ingenieur als kinesitherapeut. Een ideaal profiel om de gebruikte technologie in het wetenschappelijk onderzoek rond wielrennen even toe te lichten, lijkt ons. Erg praktijkgericht onderzoek is dat, zo blijkt. “Bijna alles wat hier gedaan wordt, wordt afgerekend op z’n relevantie voor de sport”, zegt Koninckx. “Je moet kunnen verantwoorden waarom je jezelf, bekeken vanuit de praktijk, een bepaalde vraag stelt.” Voor wielrenners (wegrenners, maar ook pisterenners, mountainbikers of cyclocrossers) resulteert dat in allerhande diensten – veelal metingen, tests in gestandaardiseerde labo-omstandigheden. Die diensten zijn dus gebaseerd op en gelinkt met dat onderzoek. Elk van die tests maakt gebruik van geavanceerde technologie: voor inspanningstests gaat het om fietsergometers – een er-gometer meet het vermogen dat het lichaam kan ontwikkelen – naast toestellen die de zuurstofopname meten, die bloedstaaltjes kunnen analyseren, … In de klimaatkamer kan de temperatuur, luchtvochtigheid en hoeveelheid zuurstof geregeld worden, om trainingen op een bepaalde hoogte of in een bepaald klimaat te simuleren. Met onderwaterweging wordt berekend hoeveel vet- en spiermassa een atleet heeft.

Het onderzoek waar Konickx zich op focust, heeft veeleer een biomechanische invalshoek: het meten van de manier waarop een renner kracht aan zijn fiets overdraagt. Voor zijn (doctoraats)onderzoek over de trapfrequentie van renners bouwde Koninckx bijvoorbeeld zelf een ergometer. De datastroom die daaruit voorvloeit, komt rechtstreeks op een pc terecht en wordt verwerkt en aangestuurd met de softwarepakketten Matlab en Simulink (van het Amerikaanse bedrijf The MathWorks).

3D-renners

Pas echt futuristisch wordt het in het huidige onderzoeksproject van Koninckx. Dat focust op de meest ideale fietshouding voor wat betreft lucht-weerstand. “Windtunnelonderzoek dus”, hoor ik u mompelen. Toch niet. Het is net de bedoeling die klassieke manier van testen met dit project te kortsluiten door een ‘virtuele windtunnel’ te bouwen op pc die minstens even goede resultaten oplevert. “Daarvoor zijn twee belangrijke componenten vereist: een gevalideerde rekenroutine om de luchtstroomparameters in die virtuele tunnel uit te rekenen enerzijds. En anderzijds een manier om het voorwerp, in casu de wielrenner zelf, in die virtuele windtunnel te krijgen.” Dat laatste gebeurt middels aangekochte 3D-scantechnologie van het Leuvense Metris. De wielrenner wordt met een handheldscanner volledig afgetast in een ruimte met een cameraopstelling die die bewegingen meet. Die scandata, puntenwolken die allemaal ‘stukjes renner’ beschrijven, worden stuk voor stuk opgeslagen op een pc. “We doen dan in feite aan ‘reverse engineering”, aldus Koninckx. “Van een bestaand voorwerp, in dit geval de renner, naar een CAD-omgeving gaan.” Met sofwarepakketen van Metris – Kube, Focus Inspection en Focus Reverse Engineering – wordt de renner opnieuw virtueel samengesteld. “Het duurt ongeveer een uur om een wielrenner in te scannen en je hebt een dag nodig om er een digitale wielrenner van te maken.” De 3D-renner wordt vervolgens in een raster van de virtuele rekenomgeving geplaatst. Daarvoor wordt het pakket Gambit van het bedrijf Fluent gebruikt. In het uiteindelijke resultaat wordt de luchtstroom in alle aangegeven controlepunten op en rond die renner gemeten. Dat heet ‘Computational Fluid Dynamics’ (CFD), technologie die vooral in de industrie wordt gebruikt om de interactie van vloeistoffen en gassen met complexe oppervlakken te meten.

Geometrie

“Vanaf dan kunnen we simulaties gaan uitvoeren in de houding van de renner, in de geometrie dus”, legt Koninckx uit. “Door de luchtstroom in te schatten, kan je kijken of die houding beter of slechter is, al moet je natuurlijk rekening houden met wat realistisch is. Ook gaan we al snel naar het veld met de renner. Want het nadeel is dat de wielrenner op de pc statisch is. En je kan ook niet inschatten of hij in een bepaalde houding nog comfortabel snel kan fietsen. We leren dus uit het effect van onze wijzigingen. Zo kunnen we op de lange duur inschatten: voor iemand met dat potentieel aan vorm en flexibiliteit, zal vanuit aërodynamisch oogpunt dàt het beste uitgangspunt zijn.” Wat is dan de meerwaarde tegenover traditioneel windtunnelonderzoek? “Het voordeel is dat de renner relatief korte tijd beschikbaar moet zijn. Het is ook vrij toegankelijk en normaal gezien niet zo duur als de windtunnel. Plus, in de meeste windtunnels hebben ze niet de geschikte meetapparatuur om in een setting als de onze iets te meten. Of ze hebben geen interesse in ons. Partijen uit de traditionele industrie hebben ten eerste meer geld en die komen vier weken lang, in plaats van voor een halve dag.”

“Om een volledig beeld te krijgen van de kwaliteit van de fietshouding moet je op de fiets ook krachtanalyse uitvoeren”, geeft Koninckx toe. “Want je kan je renner dubbelplooien, maar als hij dan geen kracht meer kan zetten, is het sop de kool niet waard. Je moet de beste balans vinden. Maar hoe meer factoren je eraan toevoegt, hoe moeilijker het wordt om de ideale situatie te vinden.”

15 Armstrongs

Er blijkt een hemelsbreed verschil te zijn tussen pakweg de wereld van de triatleten of pistewielrenners en die van het wegwielrennen. “Pistewielrenners hebben een heel andere filosofie over het optimaliseren van prestaties. Ze hebben immers veel minder wedstrijden, ze kunnen beter toeleven naar bepaalde events en ze presteren in vrij gestandaardiseerde omstandigheden: het waait nooit, het is nooit bergop. Dan kan je analytischer je prestatieprofiel – ‘wat moet ik kunnen om goed te zijn?’ – ontleden en die verschillende componenten zo goed mogelijk objectiveren naar evaluatie en training. Een wegwielrenner rijdt pakweg 150 wedstrijden per jaar: die moet meer opbrengen en moet altijd goed zijn. Er rijden misschien maar 15 ‘Armstrongs’ in het peloton die zo specifiek hun doelen kunnen aflijnen. Al de rest maakt de koers. Dat is een heel ander profiel… Bovendien is het een ploegsport en zijn de renners 220 dagen per jaar van huis. Om dan op de dagen die nog overblijven een interventie te doen die kan opwegen tegen de teamactiviteit tijdens die andere dagen… Niet evident.” Ook, zo klinkt het nog, is het West-Europese wielrennen nogal conservatief over wetenschappelijke of technologisch onderbouwde omkadering en begeleiding van het prestatiepotentieel. “Hier zeggen ze: ‘Wij hebben al 10-15 jaar een team dat bestaat uit die mensen met die competenties, en dat is altijd goed gegaan, waarom zouden we dat veranderen?’ Dan zijn ze plots verbaasd als er iemand uit een andere cultuur komt en dat op een andere manier doet.

Kijk naar de Ronde van Frankrijk. Daar staan misschien 5 Australiërs aan de start. Maar tegen dat die ronde gedaan is, heeft iedereen die wel eens gezien. Want dat zijn toevallig wel geen 5 sukkelaars. Idem met Britten of Amerikanen. Dat is gewoon een andere filosofie. Die hebben die traditie niet. Als zij iets willen weten, vragen ze dat ofwel aan specialisten in onze contreien, ofwel vluchten ze naar de wetenschap en de technologie.”

Stefan Grommen