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The Biomechanical Question:

사이클 생체역학: 사이클 스포츠에서 피팅으로 퍼포먼스를 향상시킬 수 있을까?

By Dan Feeney Dan Feeney    Kate Harrison Kate harrison

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Daniel Oss on the bike

BOA Pioneer Daniel Oss

Quick takes
  • 라이딩 중 파워와 효율성을 극대화하는 것은 페달의 적절한 시간과 위치에 힘을 전달하는 것에서 비롯됩니다.
  • 매우 높은 출력을 유지해야 할 필요성으로 인해 낭비되는 출력을 제한하기 위해 뻣뻣하고 꽉 끼는 신발이 개발되었지만 이로 인해 종종 장거리 라이딩 과정에서 무감각과 감각 이상이 발생합니다.
  • 자전거와 신발에 안전하고 조절 가능한 핏은 자전거에서 몇 시간 동안 집중하고 효율적으로 유지하는 데 중요합니다.
Dan Feeney
Dan’s take:

자전거 핏은 라이더의 퍼포먼스를 최적화하는 핵심입니다. 왜 그 핏이 발까지 확장되지 않아야합니까? 전직 프로 철인3종 선수였던 저는 벨크로가 빠른 전환이든 신발에서 원하지 않는 움직임을 최소화하기에는 너무 작든간에 몇 년 동안 몸에 좋지 않은 신발을 신고 탔습니다. 사이클링 신발의 뻣뻣함으로 인해 대부분의 사람들은 타이트한 것이 더 좋다고 생각하지만 (알파인 스키와 마찬가지로), 타이트한 핏과 내인성 발 근육이 효과적으로 작동하도록 충분한 순환을 허용하는 것 사이에는 약간의 최적화가 있습니다. 사이클링은 어떤 경우에는 몇 시간 동안 힘과 에너지를 생산하는 것입니다.

Kate Harrison
Kate’s take:

사이클리스트는 장비 선택 및 설정에 까다로운 것으로 악명이 높으며 그럴만 한 이유가있을 것입니다. 캐주얼 한 사이클리스트로서 나는 가벼운 호기심으로 토론과 끝없는 땜질을 관찰 할 수 있습니다. 진지한 경쟁자에게 자전거와의 상호 작용은 라이딩 또는 레이스를 만들거나 끊을 수 있습니다. 생체 역학적으로 말해서, 완벽한 설정을 찾는 데있어 어려움은 최적의 공기 역학, 생리학 및 부상 가능성 사이의 균형(finding the balance)을 찾는 데서 오는 것 같습니다. 이 균형이 신발에도 적용되는 것이 논리적으로 보입니다. 낭비되는 전력을 제거하기 위해 발을 페달에 단단히 고정하는 동시에 산만 한 불편 함이나 부상을 유발하는 과도한 압력을 피할 수있는 방법은 무엇입니까?

BOA logo
BOA's take:

2003 년 Pearl Izumi 및 Specialized의 동반자가 된 직 후부터, 보아는 라이딩 중에 필요한 유저 인터페이스를 근본적으로 변경했습니다. 우리가 일궈낸 발전과 혁신을 통해 라이더는 신발의 핏을 어느 방향으로든 한 손으로 빠르고, 손 쉽고, 정교하게 조정할 수 있습니다.Champs-Élysées (아래 보라-한스그뤼헤 팀(BORA - Hansgrohe team)의 파이오니어처럼 레이스에서 우승하든, 트레이닝 동료와 카운티 라인까지 스프린트 레이스를 펼치든, 즉석에서 완벽한 핏에 다이얼 인(Dialed In)을 할 수 있어야합니다.

Specialized S-Works 7

Specialized S-Works 7

Research on the topic

사이클리스트는이 두 가지 요소가 실제로 당신의 능력의 한계를 결정하기 때문에 공기 역학과 파워에 대해 깊은 관심을 가지고 있습니다. 파워는 케이던스와 페달에 효과적으로 몰아 넣을 수있는 힘에 따라 결정됩니다.

자전거를 타는 동안 힘을 측정하는 것은 R.P. Scott(R.P. Scott)이라는 과학자에 의해 1889 년으로 거슬러 올라갑니다. 그는 창의력을 발휘해야하고 페달에 힘이 가해지면서 종이에 그리는 장치를 사용해야했습니다. 그림이 클수록 힘이 커집니다! 이 초기 기술의 단점은 전체 힘을 측정 할 수는 있지만 힘이 어떤 방향으로 적용되었는지 알 수 없다는 것입니다. 우리는 그 이후로 꽤 멀리 왔으며 이제 세 차원 모두에서 힘을 측정 할 수 있습니다 (물리학에서 힘은 힘이 적용되는 위치를 지정하는 세 가지 구성 요소가있는 벡터입니다). 이상적으로는 페달이 움직이는 방향으로 최대한 많은 힘을 전달하고 다른 방향으로는 적은 힘을 낭비하는 것이 좋습니다. 아래 그림에서, Fz 방향 (페달의 좌우)에 적용된 힘은 크랭크를 움직이고 자전거를 앞으로 나아가는 데 전달되지 않습니다.

Force on a bike pedal
Force as a vector

대부분의 사람들은 힘을 노력의 느낌과 연관시킵니다. 이것은 확실히 사실이지만,이 노력은 효율적일 수도 있고 (힘이 의도 한 방향으로 적용된다는 것을 의미합니다) 당신의 노력이 욕망이 아닌 다른 방향으로 낭비되어 비효율적 일 수도 있습니다. 이 경우, Fz 방향의 힘은 좌우로 작용하여 페달을 회전시키는 데 도움이되지 않으며, Fy의 힘은 아래쪽으로 향하고 직접적으로 페달을 회전시키는 반면 Fx는 페달을 중심으로 회전합니다. 여전히 유용합니다.

위와 같이, 대부분은 클립이 없는 페달이 라이더가 자전거를 타는 동안 업 스트로크 동안 위로 당기는 데 도움이된다고 생각합니다. 엘리트 라이더의 경우 일 수 있지만, 대부분의 힘은 다운 스트로크 중에 생성됩니다 (이 기사의 플롯 확인(article)). 레이스에서 라이더의 피로도(fatigability)가 클립이 없는 페달을 일정한  속도로 계속해서 밟을 경우 퍼포먼스에 얼마나 저하되는 영향을 미치는지 조사 할 수있는 사람은 아무도 없었지만 페달을 밟으면 최대 출력을 향상시킬 수 있습니다 (아래에서 자세히 설명).

힘 적용에 대해 생각할 때, 우리는 힘이 적용되는 방향뿐만 아니라, 적용되는 위치(location at which it is applied)를 고려해야합니다. 다운 스트로크 중에 엉덩이, 무릎 및 발목이 확장됨에 따라 신발 밑창과 페달에 힘이 가해집니다. 신발에서이 힘의 분포는이 힘이 얼마나 효율적으로 작용하는지에 영향을 미칠 수 있습니다. 힘이 집중되는 이상적인 위치는 페달의 중간 선, 발 볼 아래입니다. 압력이 발가락이나 뒤꿈치쪽으로 이동하면이 힘은 크랭크를 돌리는 대신 페달 주위에 회전력을 발생시킵니다.

생체 역학은 사람들이 어떻게 움직이는 지 측정하는 것을 좋아하기 때문에 라이딩 중 기존의 움직임을 언급하지 않아도됩니다. 라이딩 중에 페달에 가해지는 힘은 주로 엉덩이, 무릎 및 발목의 근육에서 생성됩니다. 대부분 자전거에 고정되어 있지만, 라이딩 중에 하체 관절은 시상면에서 상당히 많이 움직입니다 (구부러짐과 확장을 의미) : 발목은 최대 20도, 무릎은 75도, 45도까지 움직입니다. 그러나 이는 경험 수준, 라이딩 유형 (도로 또는 산) 및 기타 요인에 따라 다릅니다. (연구 참조 review).

라이더의 근골격 건강 또한 움직임 패턴과 관련하여 중요한 고려 사항입니다. 우리는 주로 사이클링을 이러한 굴곡 / 신장 동작과 연관 시키지만, 각 페달 스트로크에서 발생하는 무릎의 좌우 동작도 있습니다. 이 방향의 과도한 하중은 가장 흔한 유형의 부상 인 자전거 운전자의 무릎 부상(explain knee injuries)을 설명하는 데 도움이 될 수 있습니다. 신발은 페달에 단단히 고정되어야하지만, 현대 기술은 라이더의 관절에 불필요한 마모와 찢김을 방지하기 위해보다 "자연스러운"움직임 패턴(“natural” movement pattern)을 거치기 위해 발과 다리의 자유에 대한 필요성을 해결하기 시작했습니다.

Bontrager XXX MTB

Bontrager XXX MTB

Recent cycling gear developments

사이클리스트는 장비를 좋아합니다! 비대칭 체인 링과 공기 역학적 휠에서 전자식 변속에 이르기까지 모든 '이득(Marginal gains)'은 성능에 상당한 영향을 줍니다. 다른 스포츠와 마찬가지로 핏이 성능에 미치는 영향은 비교적 알려지지 않았지만 신발과 신발 페달 인터페이스는 성능에 의미있는 영향을 미칩니다.

로저 크램(Rodger Kram) 교수와 콜로라도 대학교(볼더)(University of Colorado Boulder)의 학생들이 최근에 실시한 몇 가지 연구는 스포츠에서 기어 영역의 중요성을 알리는 데 도움이 되고 있습니다. 먼저 스트라우와 크램(Straw and Kram (2016))은 다양한 신발 유형이 사이클링의 신진 대사 비용에 어떤 영향을 미칠 수 있는지 분석했습니다 (주어진 전력 출력에서 주행하는 데 필요한 에너지-지구력의 핵심 척도). 그들은 사이클리스트들이 플랫 페달이 달린 러닝화, 토 클립이있는 페달, 클립이없는 클리트를 신었을 때 비용 차이를 발견하지 못했습니다! 하지만 잠깐만 요, 한 가지 문제가 있습니다. 사이클리스트는 50-150 와트 사이에서 주행 할 때만 테스트를 받았습니다. 이는 출퇴근 설정을 결정하는 데 유용한 정보 일 수 있지만 고성능에 관심이있는 사람들에게는 해석되지 않을 수 있습니다. 참고로 대부분의 엘리트 사이클리스트는 경쟁력을 갖추기 위해 한 시간 동안 350 와트 이상(over 350 watts)을 유지해야합니다. 더 많은 과학이 필요합니다!

또 다른 연구에서 번즈와 크램(Burns and Kram (2019))은 더 유연한 신발과 발가락 클립에 비해 클립이 없는 페달이있는 뻣뻣한 밑창의 사이클링 신발에서 최대 스프린트 파워가 가장 크다는 것을 발견했습니다. 이것은 직관적으로 의미가 있으며 왜 우리가 그들의 러닝화를 신은 트라이 애슬론 선수를 보지 못하는지를 뒷받침합니다 (이 방법으로 전환은 확실히 더 빠를 것입니다). 이것은 신발의 강성이 지구력에 측정 가능한 영향을 미치지 않더라도 마무리 스프린트에 중요하다는 것을 의미합니다.

후속 연구에서는 다양한 단독 강성을 가진 사이클링 신발을 비교했습니다. 따라서 신발 간의 강성 차이는 사이클링 신발과 러닝화를 비교 한 연구에서보다 훨씬 작았습니다. 사이클링 신발의 3 단계 강성 비교에서 허트와 크램(Hurt and Kram (2020))은 최대 출력에서 큰 차이가 없음을 발견했습니다. 그러나이 연구는 최대 전력 출력의 16 와트 차이를 감지하기 위해 통계적으로 만 전력을 공급했습니다. 많은 라이더는 공기 역학적 헬멧의 5-10 와트 공기 역학적 이점(5-10 watt aerodynamic advantage)에 대해 수백 달러를 지불 할 것이므로 일부 라이더에게는 16 와트가 중요합니다. 다시 말하지만, 이것은 자전거로 통근하는 대부분의 경우 중요하지 않을 수 있지만 프로 수준에서 레이스에서 승리하는 데있어 차이가 될 수 있습니다. 이 연구의 결과에 따르면 신발은 최고 출력을 얻기 위해 다소 뻣뻣해야하지만 일정 수준의 뻣뻣함을 넘어서 감소하는 지점이있을 수 있습니다.

종합하면 페달에 끼는 사이클링 슈즈는 러닝화 및 토 클립과 비교할 때 더 높은 출력에서 이점을 제공합니다. 사이클링 신발 밑창의 강성이 최대 출력에 영향을 주는지는 확실하지 않지만, 만약 그렇다면 10 와트 미만일 가능성이 높습니다. 지금까지 우리는 사이클링 신발이 지구력 성능에 어떤 영향을 미치는지 조사한 연구를 알지 못하기 때문에 퍼포먼스 핏 랩(Performance Fit Lab)에서 이들 중 일부를 계획하고 있습니다.

사이클링 신발에 포함 된 다른 많은 기술은 쐐기 및 맞춤형 깔창과 같이 성능과 발 건강을 위해 발을 통해 적절하게 압력을 분배하기위한 것입니다. 위에서 논의한 바와 같이, 압력의 중심 인 힘 적용 위치는 그 힘이 얼마나 효과적인 지에 대한 중요한 의미를 가질 수 있습니다. 라이더는 종종 발의 작은 부위에 과도한 압력을 가하여 무감각, 따끔 거림 및 통증을 경험합니다. 확실히, 높은 힘을 생성하는 것은 경쟁을 위해 필수입니다. 따라서 이 압력을 신발을 통해 균등하고 효과적으로 분배(distribute this pressure)하도록 설계된 기술은 이제 필수적인 것으로 간주됩니다.

사이클슈즈는 움직임이 거의 없어야합니다. 결과적으로 사이클링은 라이딩 중에 발이 잘 맞는 신발 안에 고정되어 있기 때문에 우리 실험실에서 연구하는 진정한 도전입니다. 지금까지 우리는 라이드를 통해 발이 부풀어 오르면 마이크로 레벨에서 핏을 변경할 수 있기 때문에 신발 핏의 조정 가능성이 지구력에 어떻게 영향을 미칠 수 있는지에 중점을 두었습니다. 우리는 2021 년 후반에 더 많은 공식 연구를 계획하고 있으며 그 이후로 우리는 더 많은 성과를 거둘 것입니다.

What does this mean for the retailer?

오래 전, 사이클 매장은 소비자에게 적합한 자전거가 자신을 위한 수익 창출 기회로서의 중요성을 발견했습니다. 고품질 상점은 고객이 선호하는 라이딩의 종류를 이해하고 필요에 맞게 자전거를 맞춤화하는 데 시간을 투자합니다. 자전거 핏으로 인한 승차감 향상은 놀랍습니다. 표준 높이 및 거리 조정 외에도 전문 피팅 프로세스의 일부에는 라이더의 신발을 다루는 것이 포함됩니다. 이 상점은 다운 스트로크 중에 발목과 무릎을 정렬하기 위해 바닥에 심 또는 깔창을 추가하여 사이클슈즈를 맞춤화합니다.

사이클슈즈는 너무 딱딱한 경향이 있기 때문에 핏 시스템이 그다지 중요하지 않은 것처럼 보일 수 있습니다.이것은 자신의 발과 완벽하게 일치하는 마지막 신발을 찾을 수있는 라이더에게 유효 할 수 있지만, 우리 대부분은 우리의 독특한 발에 가장 가까운 신발을 찾으려고 노력하고 있습니다. 이것이 피팅 시스템이 모든 차이를 만드는 곳입니다. 자전거 신발의 이상적인 핏을 이해하는 것이 중요하므로 라이더는 페달을 두드리면서 뻣뻣한 카본 솔을 활용하는 동시에 라이딩 중 더 쉬운 부분에서 핏을 완화 할 수 있습니다.

Kasia Niewiadoma

BOA Pioneer Kasia Niewiadoma

What does this mean for the athlete?

라이딩을 할 때 얼마나 자주 전화를 걸거나 신발을 느슨하게합니까? 많은 그룹 라이딩 동안 관찰 한 결과, 대부분의 사이클리스트는 아무런 생각없이 이러한 조정을하는 것처럼 보입니다. 라이딩을 할 때마다 신발이 어떤 느낌을 원하는지 알고 있습니다. 긴 편평한 구간에서는 힘든 등반을 위해 다이얼을 돌리는 동안 더 많은 순환을 위해 긴장을 풀고 싶을 수 있습니다. 라이더가 성능에 영향을 미치기 때문에 전화를거나 요? 지금 당장은 말하기 어렵지만, 우리는 라이더가 더 편안하고 즐거운 라이딩 경험을 만드는 것은 말할 것도없고 파워 출력과 지구력을 최적화하기 위해 라이딩 중에 핏을 변경한다고 가정합니다.

Concluding remarks

사이클슈즈는 독특한 느낌을줍니다. 가능한 한 많은 힘을 페달에 전달하도록 설계되었다는 것은 의심의 여지가 없습니다. 많은 현대 발명품은 클립이없는 페달에서 탄소 밑창, 신발 및 공기 역학적 개선에 이르기까지 사이클링 퍼포먼스를 지원합니다. 신발의 착용감과 조절 가능성은 지구력 성능만큼이나 중요 할 수 있습니다. 새로운 솔루션을 계속 설계, 개발 및 테스트하면서 결과에 대한 최신 정보를 전 세계에 계속 업데이트 할 것입니다.

As always, you can reach us [email protected] and [email protected]_geek on Twitter.

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