Artículos

La misteriosa biomecánica de andar en bicicleta

The Conversation
Texto original: Stephen Cain, Universidad de Michigan

Los humanos hemos montado máquinas similares a las bicicletas por más de 200 años, comenzando con la Draisina o “velocípeda”, en 1817.

Aunque andar en bici puede parecer una actividad simple que no requiere gran esfuerzo, el proceso de control real realizado por los ciclistas sigue siendo una especie de misterio. Echando mano de ecuaciones matemáticas, algunos investigadores han explicado cómo una bicicleta se puede equilibrar sin necesidad de que alguien la conduzca, y han logrado identificar que los elementos de diseño que la constituyen son esenciales para que eso ocurra.

Un hombre en una velocípeda, cerca de 1870. 

Sin embargo, la estabilidad —es decir, la habilidad de mantener el equilibrio— de una bicicleta con alguien que la monte es más complicada de cuantificar y describir matemáticamente, especialmente porque las habilidades del ciclista pueden variar en un rango muy amplio. Mis colegas y yo hemos traído al laboratorio ciclistas novatos y expertos para indagar si utilizan distintas técnicas de equilibrio.

La física del equilibrio

Mantener el equilibrio en una bicicleta tiene que ver, en buena medida, con el sistema de control del centro de masa del ciclista. El centro de masa es el punto en el que todas las masas (persona y bicicleta) se consideran concentradas. Durante un paseo recto, el conductor siempre debe mantener ese centro de masa sobre las ruedas, o lo que llaman base de soporte —un polígono imaginario que conecta ambas ruedas al suelo—.

Los ciclistas pueden usar principalmente dos estrategias de equilibrio: dirección y movimiento del cuerpo en relación con la bicicleta. La dirección es esencial para mantener el equilibrio, pues permite que la bicicleta se mueva lo suficiente para tener una base de soporte debajo del centro de masa. Es como equilibrar un palo de escoba en una sola mano. La dirección —ya sabemos— puede ser provista a través del manubrio o gracias a la estabilidad propia del transporte, lo cual surge porque la dirección y el andar de la bici son inseparables.

El movimiento del cuerpo con respecto a la bicicleta —como inclinarse a la izquierda o a la derecha— tiene un efecto menor que la dirección, pero permite al ciclista hacer correcciones de balance al alternar el centro de masa en un lado u otro de la base de soporte.

La dirección es completamente necesaria para equilibrarse en una bicicleta, mientras que los movimientos corporales no lo son. No hay una combinación específica de estos dos factores que asegure el equilibrio. La estrategia elemental para no caer de la bicicleta, como lo dijo Karl von Drais (inventor de la Draisina), es dirigirse hacia la caída no deseada.

Novatos contra profesionales

Aunque los ciclistas han sido descritos con distintas ecuaciones matemáticas, éstas no son útiles para entender las diferencias entre usuarios con distintos niveles de habilidad, o para predecir la estabilidad de un ciclista específico en una bicicleta concreta.

Por lo tanto, el objetivo de mis colegas y mis trabajos recientes es explorar los tipos de control utilizados por ambos, novatos y expertos, para identificar las diferencias. En nuestro estudio, los que se identificaron como ciclistas con mejores habilidades solían realizar rodadas de entrenamiento con regularidad, pertenecían a clubes o equipos de ciclismo, competían varias veces al año y habían usado rodillos para entrenar en interiores. Los novatos sabían cómo montar la bici, pero sólo lo hacían de manera ocasional por recreación o la usaban como medio de transporte. Por supuesto, no se identificaron como expertos.

Realizamos los experimentos en un laboratorio especializado para capturar el movimiento, donde los ciclistas montaron una clásica bici de montaña sobre rodillos, los cuales restringen el movimiento de la parte delantera, pero permiten el movimiento libre hacia la izquierda o derecha. Andar en esos rodillos exige que el ciclista mantenga el equilibrio mediante el pedaleo, la dirección y la inclinación, justo como lo haría si andara en la calle.

Montamos sensores y utilizamos un sistema de captura para medir el movimiento de la bicicleta (velocidad, ángulo de dirección y ritmo) y la dirección de giro usada por el ciclista. Una plataforma de fuerza colocada debajo de los rodillos nos permitió calcular la posición lateral del centro de masa en relación con el soporte de base para determinar cómo se inclinaba la persona.

Descubrimos que ambos, novatos y expertos, muestran desempeños de equilibrio similar a bajas velocidades. Pero a medida que la velocidad incrementó, los expertos alcanzaron mejores ejecuciones de equilibrio al utilizar menos, pero  más efectivos, movimientos corporales. Sin importar la velocidad, los más experimentados utilizan una menor variedad de cambios de dirección.

Concluimos que los expertos son capaces de utilizar movimientos corporales de forma más efectiva que los novatos.

Los misterios permanecen

A pesar de nuestro trabajo y el de otros en campo, aún hay mucho que aprender sobre cómo los humanos logramos mantener el equilibrio sobre una bicicleta. La mayoría de las investigaciones —incluyendo la nuestra— se limita a estudiar los paseos en línea recta.

Nuestro trabajo reveló diferencias medibles entre ciclistas con distintos niveles de habilidad, pero su significado aún no es del todo claro. ¿Estas diferencias están vinculadas a un mayor riesgo de chocar para el ciclista novato?

¿O las diferencias simplemente reflejan un estilo diferente de control que se perfecciona después de horas y horas de andar en bici?

Idealmente, querríamos identificar las medidas que cuantifican el rendimiento del equilibrio, la estrategia de control y el riesgo de caída de un ciclista en el mundo real.

Con estos parámetros, podríamos identificar a usuarios con alto riesgo de caer, explorar hasta qué punto el diseño de la bicicleta puede reducir ese riesgo e incrementar el rendimiento de equilibrio, así como desarrollar las ecuaciones matemáticas que lograrán describir a los ciclistas de distintas habilidades.

1 comment on “La misteriosa biomecánica de andar en bicicleta

  1. Pingback: VII. La vida en dos ruedas – Diéresis MX

Responder

Introduce tus datos o haz clic en un icono para iniciar sesión:

Logo de WordPress.com

Estás comentando usando tu cuenta de WordPress.com. Cerrar sesión /  Cambiar )

Google photo

Estás comentando usando tu cuenta de Google. Cerrar sesión /  Cambiar )

Imagen de Twitter

Estás comentando usando tu cuenta de Twitter. Cerrar sesión /  Cambiar )

Foto de Facebook

Estás comentando usando tu cuenta de Facebook. Cerrar sesión /  Cambiar )

Conectando a %s

A %d blogueros les gusta esto: