量化「跑步經濟性」的另一條進路

運動科學家在量化跑步經濟性時，使用的攝氧量和速度之間的關係，簡單來說：誰能用最少氧氣能跑出相同的速度，就代表誰跑得最有效率。也就是「單位時間內所用的能量」愈少，經濟性愈高。

兩星期前在香港參加研討會，主講者之一是來自瑞典的Dr. Fredrik，他設計出了一套能夠方便「量化跑步經濟性」的軟體「MotionMetrix」，硬體用的是XBOX 360的kinect來搜集數據。他運用他的物理知識來計算跑步經濟性（他是物理學博士），而且他的方法只需要40秒，相較於費時費事且硬體需求大的攝氧量測試，這種方法的確方便多了。


背後的物理原理他有公開講授，也有展示在每一份報告裡，這邊也分享出來（見附圖）。

先簡單定義一下圖中的名詞：
* 跑步經濟性 Running Economy，簡稱RE
* 總作功 Total Work，簡稱Wtot
* 彈力交換 Elastic Exchange，簡稱EE，或ε

RE = Wtot × (1 - EE)

力學能量的「總作功」（Wtot）是從三個面向來計算，分別是：
* 垂直振幅所作的功
* 肢體擺動時所作的功
* 水平位移所作的功

每次測驗只需40秒，我用4:17/km的配速跑了40秒後，系統算出我的EE是25.4% (他說袋鼠可達90%)。我每分鐘每公斤體重所使用的能量是：2.73 Jouels/kg/m。在同樣的配速下這個數值愈低愈好，報告的分類中只要低於2.7就進入菁英等級。

Dr. Fredrik另闢蹊徑，從力學能量 (Mechanical Energy)的觀點來量化跑步經濟性，非常有意思。在角度、力量和力矩的計算的準確度應該已達到某種程度的精確性，但在計算「免費外力」上的精度尚有待商確（因為沒有考慮到「重力力矩」和「落下角度」，我也找機會跟他提了），不過，我覺得方向是對的，對我很有啟發……當時聽到演講時心理驚嘆：「原來也可以這樣來運用！」

完成兩天的研討會和工作坊後，主辦人Chris和Oscar請我們在大排檔吃飯，Dr. Fredrik直說這是他這次來香港最棒的一餐。我和Dr. Fredrik也直接在街邊討論起力學和能量，我提出了一個分析的觀點，希望他能考慮到重力力矩的作用，他說他從來沒想過，會回去好好想想。我們也問他EE是怎麼直接透過動態的視覺分析算出來的，他委宛地說這是機密。但我真的好想知道XD！！這幾天只要有空就一直在想幾種EE演算法的可能……。

【圖：與MotionMetrix的創辦人Dr. Fredrik在香港大排檔晚飯後合影】

他在演講中的一句結論，我印象特別深刻：「只有角度而沒有力量向量的分析是意義不大的。」因為力矩需要有「力量」和「力臂」，只有角度是無法計算壓力的。這套系統被Chris與Oscar用在物理治療工作的診斷與預防傷害上，他們會去觀測各個關節。

要量測角度，才能確認「力臂長度」，有時雖然受力很小，但角度很大，（力矩大）會帶來較大的桿杆壓力；有時雖然角度很小，但受力很大。哪一種情況受傷風險高並不一定，要透過「力×力臂」來量化之後才能知道。他這套系統最厲害的地方在於，直接透過視覺影象分析就能計算各「支點」所受的「力量大小」，進而計算力矩，這也是Dr. Fredrik比較自豪的地方。

Dr. Fredrik從2012年開始研發……他說了這段辭職在家靠老婆養，創業到2014年賣出第一套之後才算確認這個工具被市場接受，目前持續優化、也持續賣到世界各地，年底將有第二代全新的產品上市。真的很佩服他，跨領域結合他的物理專業和對跑步的熱愛，為量化跑步經濟性與受傷風險這個問題提出了解法、製造成產品，又找到了自己的商業模式。

當場看到資深的物理治療師Chris透過40秒分析出來的跑步或步態分析數據就能找出問題。Chris說這套系統很強大，應用空間很廣。

這是他們系統的官方網址，有興趣的可以進一步了解：https://www.motionmetrix.se
目前這套系統已在香港、上海、北京和世界上其他七個國家採用，包括菁英運動領域（聽Dr. Fredrik說北京清華大學相關科系也跟他採購了一套，看來數據上的精確度已被各領域肯定）。