Jeferson Rosa Tejada y Luis Manuel Castro Herrera
Pontifica Universidad Católica Madre y Maestra, PUCMM
Introducción
El problema de las lesiones en los gimnasios es algo que ocurre frecuentemente alrededor del mundo, debido a la inexperiencia de los afiliados y muchas veces al desconocimiento o desinformación de cómo realizar el ejercicio apropiadamente.
Hay que recalcar que la incorrecta elaboración y el mal uso de esta conlleva un sinnúmero de problemas, que afectan a las personas de manera negativa, de una duración corta, mediana o hasta larga en el peor de los casos. Y aunque en la mayoría de las ocasiones se cuenta con una supervisión directa por un entrenador que ha de corregir la mala ejecución de los ejercicios, estas correcciones pueden llegar a ser subjetivas y escasas debido al personal limitado de las instalaciones.
Por eso es tan importante tercializar la corrección de la técnica, buscando avanzar hacia un futuro mas autónomo, correcto y seguro a través de, por ejemplo, un sistema de sistema de supervisión para ejercicios de pesas libres con visión computacional, como el que estaremos discutiendo en el presente artículo.
Contexto
Las lesiones en los gimnasios son más frecuentes que lo que nos damos cuenta. En todo el mundo, gracias a la ignorancia y falta de información muchas veces los ejecutores resultan realizando ejercicios inapropiadamente, desde aficionados en el gimnasio hasta incluso profesionales deportistas y fisicoculturistas. Es vital para todos involucrados evitar a toda costa las lesiones y malas prácticas de los ejercicios que fortalecen a estos atletas.
El cuerpo humano se mueve gracias a los músculos y las contracciones y relajaciones constantes de estos músculos. Algunos músculos pueden tirar de huesos para moverlos, pero no pueden hacer el movimiento contrario, por ello se cuenta de un par y trabajan en conjunto, estos son llamados extensores y flexores. Por ejemplo, el bíceps es un musculo flexor y se encuentra en la parte frontal del brazo permitiéndonos cierto movimiento y el tríceps se encuentra en la parte posterior o codo y es un extensor. Para doblar el brazo el bíceps se contrae, y cuando el bíceps se relaja y se contrae el tríceps entonces se endereza el brazo.
Las lesiones musculares son una de las más comunes causas que llevan a deportistas y otros profesionales a disminuir o incluso a interrumpir su entrenamiento y participación competitiva, ya que, estas lesiones y sus consecuencias pueden repetirse y empeorarse con la actividad motriz constante.
De acuerdo con un estudio y seguimiento realizado en República Dominicana en la ciudad de Santo Domingo, el medico ortopeda Marcelo Puello concuerda que un 50% de los practicantes de ejercitación física no realizaron una evaluación médica previa y terminaron por acudir a una consulta por lesiones. De entre estos también confirma Puello que diariamente cerca de la mitad de los lesionados son jóvenes deportistas de entre 15 a 30 años. Ortopedas especifican que las lesiones de rodilla, muñeca, espalda baja y tobillo son algunas de las más frecuentes y que la desinformación y el desconocimiento de las técnicas son su causa directa. A falta de supervisión directa, lo mejor que se le puede ofrecer a esta generación tecnológica es una solución digital, por esto la necesidad de desarrollar un sistema con retroalimentación que sea de fácil utilización para el público.
Proyectos Relacionados
Un estudio estadounidense publicado en National Health Statistics Reports midió la incidencia de accidentes en un periodo de 3 años y descubrió que las actividades que más lesiones ocasionaron fueron, sorpresivamente, ejercicios generales (involucrando levantamiento de pesas en gimnasios).
En 2021, se identificó que al ejecutar el ejercicio de la sentadilla con frecuencia las personas no estaban conscientes de qué parte del cuerpo les molestaba o dolía y desarrollaron una propuesta recurriendo a la visión artificial y modelos matemáticos para analizar el movimiento de todo el ejercicio para así dar una valoración sobre si este se realiza correctamente comparándolo con modelos ejecutados por profesionales en el área.
Solución Propuesta
Por esta razón, se desarrolló una aplicación que determina mediante visión computacional si el usuario ejecuta de manera óptima el ejercicio de pesas libres evitando lesiones.
El proyecto estará dividido en varias partes principales: el área amplia para ejercitarse la cual idealmente contará con buena iluminación, espejo y una forma de retroalimentación donde la persona podrá realizar los ejercicios propuestos. Un sistema de procesamiento computacional de imágenes que funcionará para analizar a la persona en el área de ejercicios y evaluará su postura y ejecución del ejercicio. Finalmente, una base de datos de la persona la cual servirá no solo para almacenamiento de los datos personales y progreso de las personas que tengan acceso, pero también servirá para almacenamiento de los parámetros ideales de los ejercicios disponibles.
Metodología
Para llevar a cabo el proyecto en el estado actual contamos con tres trípodes a una altura de 1.3m, separados a una distancia de 2.5m del área de ejercicio donde el usuario se colocará. Cada trípode se encuentra a cada lado del usuario y uno de estos de frente. Montados en los trípodes se hallan las cámaras web que servirán de entrada de datos para el análisis computacional, las cámaras son rotadas 90 grados para finalizar en una posición vertical en la que favorece la captura más amplia del usuario, pero a la vez reduce el ruido visual. Las cámaras transmiten la información a través de extensores USB de alrededor de 4.5m directamente conectadas al computador personal que ejecuta las técnicas de procesamiento computacional de imágenes. Estas técnicas son ejecutadas gracias a un programa en lenguaje de alto nivel Python. Utilizando librerías como Mediapipe para poder realizar el seguimiento del cuerpo a partir de la información recibida de la cámara y mediante este poder analizar con los parámetros ideales como se realiza correctamente el ejercicio.
A la misma vez se toma información valiosa para registrar en la base de datos de lenguaje de consulta estructurada (SQL). También en esta base de datos se identifica el usuario inicialmente con un acceso único y se le da seguimiento a este. Con la información anterior analizada y registrada se devuelve al usuario retroalimentación visual y sugerencias para la ejecución exitosa del ejercicio de sentadillas. Si el usuario desea en cualquier momento puede consultar cómo debe ejecutar el ejercicio óptimamente gracias a videos pregrabados con profesionales e instrucciones textuales.
Resultados Obtenidos
En un ambiente controlado, hemos probado y evaluado el sistema, logrando una precisión media en el seguimiento de los movimientos del usuario. Aunque el sistema puede rastrear las posiciones y movimientos de un solo usuario con facilidad, presenta dificultades cuando hay múltiples usuarios en la escena. Dado que el sistema no está diseñado para múltiples usuarios, estamos trabajando en una solución más robusta para mantener el enfoque en el usuario objetivo.
La retroalimentación e instrucciones de los movimientos del usuario se ha demostrado eficiente. Contando con instrucciones textuales y demostraciones visuales previas a la ejecución, así como retroalimentación visual en tiempo real precisa y respuesta del ejercicio recién realizado se ha demostrado más que suficiente ayuda para el usuario familiarizarse con el ejercicio y corregir su postura.
Además, se entiende que se cuenta con una interfaz cómoda e intuitiva para nuevos usuarios como para veteranos y con una recopilación de datos fiable y eficiente para el análisis temporal como para posterior evaluación.
Conclusiones
El proyecto ha demostrado ser una solución efectiva para la corrección de técnicas y la prevención de lesiones en gimnasios pues la precisión en la detección de errores y la capacidad de proporcionar retroalimentación en tiempo real posicionan al sistema como una herramienta valiosa para los usuarios de gimnasios, independientemente de su nivel de experiencia. Proyectando una reducción significativa en el número de lesiones reportadas lo que valida la importancia de la correcta supervisión de ejercicios y el potencial de la tecnología de visión computacional para mitigar riesgos asociados con la mala ejecución de ejercicios.
Recomendaciones
El almacenamiento y análisis de datos de los usuarios no solo facilita un seguimiento personalizado, sino que también permite la mejora continua del sistema. Esta adaptabilidad es crucial para mantener la relevancia y efectividad del sistema a medida que evoluciona la tecnología y cambian las necesidades de los usuarios.
Dado el éxito del proyecto piloto, se recomienda la expansión del sistema a otros ejercicios y la integración con dispositivos móviles para aumentar la accesibilidad y facilidad de uso. Además, la incorporación de funciones adicionales, como la personalización de rutinas de ejercicio basadas en el análisis de datos históricos del usuario, podría mejorar aún más la experiencia del usuario.
Es importante recalcar que el programa esta pensado solo para 1 persona, sin interferencia de demás cuerpos. Esto, a la larga, se podría estructurar para seguir a un individuo a pesar de su entorno, aunque otras técnicas deben ser aplicadas.
Referencias
P. Smith, «How to measure, report and verify soil carbon change to realise the potential of soil carbon sequestration for atmospheric greenhouse gas removal,» INSTITUTE FOR CARBON REMOVAL LAW AND POLICY, USA, 2019.
A. S. Susanto B. Sulistyo, «Design and performance test of portable spectrometer using AS7265x multispectral sensor for detection of adulterated cane sugar in granulated coconut sugar,» AIP Conference Proceedings, USA, 2023.
M. J.-L. F. R. J.-L. Andrés Fernando Jiménez-López, «Multispectral analysis of vegetation for remote sensing applications,» Iteckne, Colombia, 2015.
[1] T. Taylor, Muscular System, 2021 [En línea] Disponible: https://www.innerbody.com/image/musfov.html [Ultimo acceso: 2 abril 2023] [2] L. Hirsch, Huesos, Músculos y Articulaciones, 2019. [En línea] Disponible: https://kidshealth.org/en/parents/bones-muscles-joints.html [Ultimo acceso: 2 abril 2023] [3] N. M. .. P. P. d. L. Infante Ruiz, La resolución de problemas de Biomecánica Deportiva como actividad investigativa, Luz, vol. XX, nº 3, 2021.
[9] A. I. Dibujes Félix, Sistema electrónico de evaluación de postura de la espalda al realizar el ejercicio de sentadillas con barra libre usando algoritmos de aprendizaje autónomo en miembros del club de físico culturismo de la Universidad Técnica del Norte, 2018. [En línea]. Disponible: http://repositorio.utn.edu.ec/handle/123456789/8275. [Último acceso: 28 noviembre 2022].