Incorporating aspects of motor control in the optimisation of human performance

Intégrer les aspects du contrôle moteur dans l’optimisation de la performance humaine

Sports Biomechanics and Motor Control Research Group, Loughborough University, Loughborough, United Kingdom

Received: 31 March 2011
Accepted: 20 June 2011

Abstract

Computer simulation modelling is a powerful tool in Sports Biomechanics as it allows the researcher to investigate the underlying mechanics of technique. Once the underlying mechanics have been established technique may be optimised, which may be used to reduce injuries or to improve performance. When optimising technique, minimising effort or joint torque is often used as the basis of the score (or cost function). Many tasks in everyday life may be based on minimising such variables, however, in the field of sport it is often the case that effort is maximised in order to achieve the desired aspect of technique or to achieve the performance outcome. Therefore, optimisation criteria must reflect the performance outcome rather than the amount of effort required. It is acknowledged that realistic strength characteristics should be incorporated in to simulation models so as to be representative of the athlete, however, strength should not be considered the only limit to maximal performance. Aspects of motor control such as coordination and timing precision are as, if not more, important in certain limiting situations. The aim of this paper is to demonstrate how computer simulation modelling may be used to gain an insight into the important aspects of gymnastics swinging techniques and the importance of including aspects of motor control when investigating limiting movements. The paper presents three case studies to outline the above issues.

Résumé

La modélisation par simulation informatique est un outil puissant dans la biomécanique du sport, car elle permet au chercheur d’étudier les mécanismes sous-jacents de la technique. Une fois que la mécanique sous-jacente a été établie, la technique peut être optimisée, ce qui peut être utilisé pour réduire les blessures ou pour améliorer les performances. Lors de l’optimisation de la technique, la minimisation de l’effort ou du couple articulaire est souvent utilisée comme fonction coût. Beaucoup de tâches dans la vie quotidienne peuvent être basées sur la minimisation de ces variables, cependant, dans le domaine du sport, la maximisation de l’effort est souvent nécessaire afin d’obtenir la technique souhaitée ou d’obtenir la performance escomptée. Par conséquent, les critères d’optimisation doivent tenir compte des résultats de rendement plutôt que de la quantité d’effort requis. Il est reconnu que des caractéristiques réalistes de force devraient être incorporées dans les modèles de simulation afin d’être représentatif de l’athlète, cependant, la force ne doit pas être considérée comme la seule limite à la performance. Les aspects du contrôle moteur, tels que la coordination et la précision de synchronisation sont aussi, sinon plus, important dans certaines situations. Le but de cet article est de démontrer comment la modélisation par simulation informatique peut être utilisée pour obtenir un aperçu des aspects importants de la technique des balancés en gymnastique et l’importance d’inclure les aspects du contrôle moteur lors d’études sur des mouvements extrêmes. Le document présente trois études de cas pour décrire les problèmes ci-dessus.