Milano, 21/11/97

Obiettivo dello studio è stato la valutazione dell'influenza delle diverse modalità di impugnatura del manubrio sul movimento di azionamento della leva freno.

In particolare, si è voluto verificare se l'adozione di un impugnatura su prolunghe manubrio comporti o meno tempi di raggiungimento delle leve freni significativamente differenti da quelli misurati impiegando i tradizionali tipi di impugnatura sulla piega manubrio standard.

L'ipotesi alla base della valutazione dei risultati è che tempi di azionamento ridotti, a parità di altre condizioni, consentano all'atleta una maggiore efficacia nel gestire l'azione di frenata qualora si presentasse la necessità di dover ridurre rapidamente la velocità del mezzo in seguito ad un evento inatteso.

Per l'analisi delle azioni di frenata si è optato per l'utilizzo di un sofisticato sistema optoelettronico di motion capture (ELITE System), affermatosi sulla scena internazionale come il sistema più innovativo del settore, basato su uno speciale processore ad architettura parallela -coperto da brevetto internazionale- per il riconoscimento di forme in tempo reale. Le elevate prestazioni di accuratezza, precisione e velocità necessarie per l'analisi di movimenti rapidi e di micromovimenti sono documentate da oltre 250 pubblicazioni scientifiche a livello internazionale e sono state ritenute adeguate per lo studio delle variabili in oggetto.

Oltre alla misura dei principali parametri temporali caratterizzanti l'azione di frenata (peraltro ottenibili con altri mezzi meno sofisticati), il sistema utilizzato ha permesso, attraverso la documentazione dettagliata e disaggregata delle unità che compongono la sequenza motoria del movimento, l'acquisizione di dati eventualmente utilizzabili per una analisi più approfondita delle modalità di organizzazione del gesto in esame.

Protocollo sperimentale

Tre stradisti di elevato livello di qualificazione (uomo cat. professionista, donna cat. elite, uomo cat. juniores), sono stati oggetto dello studio. Ciascun atleta ha utilizzato la propria bicicletta da corsa montata, per mezzo della ruota posteriore, su un simulatore a rullo. Le biciclette erano equipaggiate con prolunga manubrio del tipo Cinelli Spinaci.

In ordine randomizzato, agli atleti è stato chiesto di effettuare, il più rapidamente possibile, azioni di frenata partendo dai seguenti tipi di impugnatura:

1. bassa, sulla parte terminale della piega manubrio (Fig. 1)
2. bassa, sulla curva laterale della piega manubrio (Fig. 2)
3. alto-laterale, in corrispondenza della parte fissa delle leve dei freni (Fig. 3).
4. alta, con le mani nella posizione più gradita ad ogni singolo atleta (Fig. 4)
5. alta, sul tratto centrale della piega (Fig. 5)
6. sulla prolunga manubrio Cinelli Spinaci (Fig. 6)
7. alta, sul tratto centrale della piega, con le mani in prossimità dell'attacco manubrio (Fig. 7)

Strumentazione utilizzata

Come accennato, per il monitoraggio delle azioni di frenata è stato utilizzato il sistema optoelettronico di analisi del movimento ELITE (BTS S.r.L.). Il sistema ha permesso la misura automatica delle variabili cinematiche (spostamento, velocità e accelerazione) di marcatori riflettenti di 8 mm di diametro, fissati sulla cute del soggetto in corrispondenza di opportuni punti di repere anatomici dell'arto superiore destro. In aggiunta, alcuni marcatori sono stati posti su supporti solidali con il manubrio e con la leva freno rispettivamente.

La figura 8 illustra nel dettaglio la disposizione dei marcatori identificati come segue :

• m_b1 porzione laterale intermedia del braccio,
• m_b2 epicondilo laterale,
• m_b3 articolazione radio-ulnare distale,
• m_b4 3° metacarpo (distale),
• m₁ falange dito medio (distale),
• m₀ estremità prolunga solidale con il manubrio,
• m₂ estremità prolunga solidale con leva freno.

il sistema ELITE è stato configurato con due telecamere poste sul lato destro dei soggetti in esame,

il campo visivo di ogni telecamera è stato di 1.25 x 1.25 m,

la frequenza di campionamento utilizzata è stata di 100 Hz (100 immagini al secondo).

Prima di ogni sessione sperimentale, l'accuratezza spaziale del sistema è stata testata acquisendo le coordinate di due marcatori fissati sugli apici di una barra rigida di 400 mm di lunghezza, mentre questa veniva spostata all'interno del volume utile di misura. L'errore massimo riscontrato, espresso in termini di deviazione standard della distanza dei marcatori, è stato di 0.4 mm, in accordo con i valori dichiarati dal produttore del sistema.

ELABORAZIONE DATI

Facendo riferimento alla disposizione dei marcatori m₀, m₁ e m₂, evidenziata in figura 9, il tempo di raggiungimento delle leva dei freni (tempo totale di movimento) è stato misurato come l'intervallo di tempo intercorrente tra il primo apparire del movimento del marcatore m₁ (assunto come indicatore del movimento dell'intera mano) e l'inizio del movimento del marcatore m₂ solidale alla leva freno. In Figura 10 è riportato un grafico rappresentativo degli spostamenti relativi dei due marcatori in esame, con l'indicazione degli istanti iniziale e finale del movimento.

Note sulla posizione dei marcatori

Il marcatore m₂ è situato a 150 mm di distanza dall'apice del freno ed è stato reso solidale con esso grazie ad una prolunga rigida di massa trascurabile. Obiettivo della trasposizione è l'amplificazione dello spostamento del freno per meglio identificare l'inizio del movimento.

Il marcatore m₀ è fissato al manubrio a mezzo di una prolunga rigida di massa trascurabile. La prolunga è stata realizzata e fissata in modo tale da posizionare il marcatore in questione sul piano perpendicolare dall'asse di rotazione del manubrio passante per m₂, a una distanza dall'asse r₀ uguale a r₂. La disposizione prescelta ha come obiettivo quello di ridurre i disturbi dovuti alle oscillazioni del sistema atleta-bicicletta e quindi di rendere più accurata l'identificazione degli istanti iniziali del movimento della mano e del freno. In tal senso, spostamento, velocità ed accelerazione dei marcatori m₁ e m₂ vengono valutati passando dal sistema di riferimento assoluto del laboratorio (X, Y, Z) al sistema di riferimento relativo, solidale con m₀ (X' , Y', Z') come illustrato in figura 11.

ANALISI STATISTICA

L'esistenza di un effetto sul tempo di frenata dovuto alle diverse modalità di impugnatura è stata verificata mediante ANOVA. Eventuali differenze significative tra coppie di condizioni sono state localizzate mediante il Newman Keuls post hoc test.

L'esistenza di differenze significative tra la condizione con prolunghe manubrio e le altre modalità di impugnatura, considerate ciascuna separatamente, è stata testata mediante Student t-test per dati appaiati.

Per tutti i test utilizzati si è fissato un livello di significatività di 0.05.

RISULTATI E DISCUSSIONE

Tempo di raggiungimento leva freno

In figura 12 sono riportati, in funzione delle diverse modalità di impugnatura del manubrio, i valori medi e le deviazioni standard dei tempi di raggiungimento della leva del freno, espressi in millesimi di secondo (ms). I dati riportati sono stati ottenuti raggruppando i valori di tutti i soggetti nelle differenti condizioni sperimentali.

Dal punto di vista della durata media del tempo di esecuzione (inferiore ai 300 ms), il movimento in esame rientra nella categoria delle risposte motorie brevi, pre-programmate, con controllo a circuito aperto, nelle quali le modalità attuative sono completamente specificate prima dell'esecuzione, senza possibilità di apportare sostanziali modifiche all'azione una volta iniziata.

Come evidenziato dai valori relativamente bassi di deviazione standard, gli atleti esaminati si sono rivelati particolarmente costanti nei tempi di esecuzione, mostrando un alto livello di automatismo, prevedibile considerato il livello di qualificazione e la scarsa complessità del movimento oggetto dello studio.

I tempi medi di movimento oscillano dai 147 ms dell'impugnatura 3 (alto-laterale, in corrispondenza della parte fissa delle leve dei freni) ai 276 ms dell'impugnatura 7 (alta, sul tratto centrale della piega, con le mani in prossimità dell'attacco manubrio).

Non si sono evidenziate differenze significative tra l'impugnatura sulle prolunghe Cinelli Spinaci e le impugnature corrispondenti alle posizioni 5 (sul tratto centrale della piega manubrio) e 7 (sul tratto centrale della piega, con le mani in prossimità dell'attacco manubrio).

Come era prevedibile, le impugnature con le mani in prossimità della leva dei freni (posizioni 1 , 2 , 3 e 4 ) hanno fatto registrare tempi lievemente inferiori a quelli ottenuti con gli altri tre tipi di impugnatura. La differenza massima rispetto all'impugnatura su prolunghe Cinelli Spinaci è pari a 120 ms, equivalenti a 2 m percorsi a 60 km/h, come di seguito illustrato dettagliatamente.

Stima dell'effetto del tempo di raggiungimento delle leve freno sullo spazio di frenata. Confronto tra le posizioni caratterizzate dal tempo minimo e massimo di accesso alla leva freno.

In figura 13 è riportato lo spazio percorso dal mezzo durante l'intervallo di tempo necessario ad azionare le leve dei freni, ipotizzando tre velocità di avanzamento (36, 48 e 60 km/h). I valori, calcolati in base ai tempi riportati in figura 12, evidenziano una differenza massima dipendente dalle impugnature di 1.3, 1.7 e 2.1 m, rispettivamente a 36, 48 e 60 km/h.

Per stimare il peso globale di questi valori nei confronti dello spazio totale di frenata si è proceduto in questo modo: prendendo come riferimento i valori della letteratura, dove sono riportati valori massimi di decelerazione di circa 6 m/s² (frenata brusca ai limiti della stabilità), si è calcolato, per le tre velocità campione di cui sopra, lo spazio teorico di arresto della bicicletta dal momento in cui l'atleta inizia ad esercitare un'azione sul freno. A questi valori, è stato poi aggiunto lo spazio percorso dalla bicicletta durante un tempo di latenza alla reazione motoria di circa 180 ms (ipotizzando un'attenzione massima) e di raggiungimento delle leve del freno di 260 ms. Si è così stimato lo spazio totale di frenata, dal momento in cui l'atleta riceve lo stimolo esterno al completo arresto del mezzo. I valori ottenuti sono stati di 13, 21 e 30 m per le tre velocità campione di 36, 48 e 60 Km/h.

Secondo questi risultati la differenza massima tra le diverse modalità di impugnatura inciderebbe sullo spazio totale di frenata per una percentuale del 10% a 36 km/h, 8% a 48 km/h e 7% a 60 km/h.

La figura 14 visualizza il legame tra fasi e spazio di arresto, con riferimento alla velocità di 60 km/h.

Va sottolineato che il tempo di latenza alla reazione motoria utilizzato per la stima (180 ms), fa riferimento ad una ideale situazione di laboratorio nella quale il soggetto si aspetta che gli sarà, prima o poi, presentato uno stimolo al quale reagire. Nel caso, molto più realistico, in cui l'atleta è sollecitato a reagire ad un evento inatteso, il tempo di latenza alla reazione si allunga notevolmente (in letteratura sono riportati tempi di reazione complessi in caso di stimolo inatteso sino a 600 ms). La conseguenza di questo fenomeno comporta l'ulteriore riduzione dell'incidenza percentuale dell'impugnatura sullo spazio totale di frenata alle diverse velocità.

CONCLUSIONI

In conclusione, i risultati di questo studio indicano che:

1) In ogni condizione esaminata, il tempo impiegato da un atleta a raggiungere la leva del freno (sempre mediamente inferiore ai 300 ms) rappresenta una piccola frazione del tempo totale necessario ad arrestare, il più velocemente possibile, la bicicletta dal momento di ricezione dello stimolo esterno.

2) Le modalità di impugnatura influenzano il tempo di raggiungimento del freno. In ogni caso, per l'intervallo di velocità di interesse e sotto le restrittive ipotesi adottate, queste differenze incidono per meno del 10% sulla distanza totale di arresto del mezzo.

L'impugnatura sulle prolunghe manubrio determina tempi di azionamento del freno del tutto sovrapponibili, se non addirittura inferiori, a quelli misurati utilizzando alcune delle impugnature tradizionali.