Aerodynamica verbeteren en duurzame keuzes: innovaties voor goud op de OS - TW.nl (2024)

Gepubliceerd op 27 aug om 09:49

Met de Olympische Spelen deze zomer werd er weer druk gewerkt aan het verbeteren van het materiaal van de sporters. Het liefst met exclusieve uitvindingen die andere landen niet hebben, zoals met de klapschaats het geval was. Kiwa, TU Delft en Sportinnovator hadden het er druk mee.

TU Delft vierde op 18 juni tien jaar sportinnovatie met een middagprogramma vol sport. Van schaatsen tot wielrennen, van skeleton tot darts, alles kwam aan bod. In de jacht op goud zijn onderzoekers hard bezig geweest om harder, beter en verder te gaan. Een greep uit de interessantste innovaties, en hoe ze tot stand kwamen:

Aerodynamische kleding

Bij TU Delft zetten onderzoekers technologie in om de prestaties van (top)atleten te verbeteren. Dit doen ze onder andere op het gebied van aerodynamica en hydrodynamica. Door te zorgen voor minder weerstand kunnen sporters efficiënter en beter presteren, dit geldt bijvoorbeeld bij het schaatsen, zwemmen of surfen. ‘In elke sport ervaren atleten lucht- of waterweerstand. Het gros hiervan is drukweerstand; het gevolg van het verschil in druk tussen de voor- en achterkant van een atleet’, legt Andrea Sciacchitano uit, wetenschappelijk directeur van het TU Delft Sports Engineering Institute. ‘Om deze drukweerstand te verminderen, zorgen we voor een gestroomlijnde vorm van de atleet. Bij wielrenners gaat het bijvoorbeeld om de houding op de fiets en om geschikte kleding. Voor het pak bij wielrennen was de structuur van golfballen een interessante inspiratiebron voor ons. De ribbelige structuur van het oppervlak van een golfbal zorgt voor turbulentie rondom de bal, waardoor deze minder weerstand ervaart. Dit principe pasten we ook toe op de sportkleding van wielrenners. Dit werkt echter niet bij alle sporten en op alle plekken op het lichaam, voor het pak bij kitesurfen had mijn collega Wouter Terra een andere aanpak.’

Aerodynamisch en veilig kitesurfen

Dit jaar maakte kitesurfen voor het eerst deel uit van de Olympische Spelen, en Annelous Lammert wendde zich tot de TU Delft voor de ontwikkeling van hoogwaardig materiaal voor haar kitesurfpak. Kitesurfers bereiken snelheden boven de 70 km/u, wat aanzienlijke risico’s en aerodynamische uitdagingen met zich meebrengt. Het pak dat Annelous droeg, moest zowel aerodynamisch als snijvast zijn. ‘Die twee combineren was een uitdaging voor ons,’ zegt Wouter Terra, onderzoeker aerodynamica en werkzaam bij Team NL. ‘Voor de snijbestendigheid maakten we gebruik van de ervaring en textielkennis van WEEV Textiles. Zij implementeerden snijbestendige materialen in het pak en integreerden tegelijkertijd onze aerodynamische bevindingen.’ WEEV Textiles gebruikte niet alleen hun expertise op het gebied van snijbestendige materialen uit andere industrieën, zoals de glasindustrie, maar ontwikkelde ook speciale garens specifiek voor het pak van Annelous. ‘Door deze innovatieve benadering konden we een pak creëren dat zowel de hoogste snijbescherming biedt als optimale aerodynamica,’ gaat Terra verder. ‘Om het pak aerodynamischer te maken, hebben we de juiste stoffen op de juiste plekken aangebracht. Een gladde stof is niet altijd het beste voor een lage luchtweerstand; soms werkt een ruwe stof of een geribbeld patroon beter. Dit hebben we getest op een mannequin in windtunnels. Hieruit bleek dat een geribbelde stof op de armen zeer effectief is, aangezien haar armen vrij ver uit elkaar staan. Voor haar benen geldt dit niet, omdat die dicht bij elkaar staan. Het voorste been profiteert wel van de verlaging in luchtweerstand, maar het achterste been vangt meer wind, waardoor de totale luchtweerstand toeneemt. Daarom is er alleen gladde, snijveilige stof gebruikt voor haar benen. Ook over haar armen is deze stof aangebracht, maar over een ribbelstof heen. We weten uit de wielren- en schaatswereld dat twee lagen stof over elkaar heen de luchtweerstand kunnen verlagen. De enige uitdaging is nog de bib, het shirt met haar nummer erop, dat door de organisatie wordt verstrekt. Als dit niet goed aansluit, kan dat de luchtweerstand met wel 10% verhogen, zoals we in de windtunnel hebben getest. Gelukkig mag ze het shirt op maat maken om dit probleem te voorkomen.’

3D-testmodellen

Om testen te doen, heeft de TU 3D-modellen van Tom Dumoulin gemaakt. ‘Dat doen we met antropometrie en 3D-scanning’, legt Toon Huysmans uit, assistent professor bij Industrial Design Engineering op de TU Delft. ‘We maken een kopie van zijn lichaam, daarvoor gebruiken we een handscanner die onmiddellijk driedimensionale beelden op het computerscherm laat zien waar de scan mee verbonden is. Dat hebben we ook van bijvoorbeeld skeletonster Kimberley Bos. We scannen sporters in, met bijvoorbeeld hun slee zoals Kimberley. Dit scannen gaat vrij eenvoudig en best snel. Daarna kunnen we het model zowel virtueel als in het echt gebruiken. Daarvoor printen we delen van het lichaam in 3D en dan kunnen we de modellen frezen of aan elkaar lijmen. Met de virtuele modellen kunnen we virtuele testen doen, zoals windtunnels en andere simulaties.’ Ook ontdekte TU Delft een manier om luchtstromen te zien en de luchtweerstand te kunnen meten door een lichtgevend vlak heen te fietsen of te schaatsen waarbij de lucht is gevuld met heliumbellen. Die bellen worden belicht met een laser en high-speed camera’s maken heel snel foto’s, wat de exacte luchtstroom in kaart brengt.

Duurzame keuzes

Paralympisch topsporter Mitch Valize vroeg aan Brightlands Sportinnovator Center hulp voor het verbeteren van zijn handbike. Tim Mullens kende hem nog vanuit het revalidatiecentrum waar hij bewegingsagoog was en Mitch revalideerde. ‘Al voor Tokio pasten wij zijn handvatten aan aan zijn eigen handen, die maakten we met de 3D-printer. De handvatten kan hij 180 graden draaien, waardoor hij zijn houding bergop en op het rechte stuk kan aanpassen voor een optimale krachtoverbrenging. Ook zorgden wij voor op maat gemaakte spatborden bij zijn wielen. Studenten van engineering van Zuyd Hogeschool in Heerlen maakten de spatborden voor zijn achterwielen die in negatieve camber staan, dus schuin. Met lange trainingsritten van vijf uur of meer in nat weer, is het handbiken een stuk comfortabeler. Er zijn testen uitgevoerd met lichte tandwielen voorzien van een keramische laag voor gewichtsbesparing. Ook hebben we de derailleurset, die ondersteboven staat op een handbike, voorzien van een aerodynamische kap. Ook voor de vering in de achteras was verbetering nodig. Toen bleek dat het handbikeparcours niet over de kinderkopjes van de Champs Elysees zou gaan, was die aanpassing niet meer nodig.’

Anders omgaan met sportvelden

KIWA controleert velden en test de materialen of deze wel aan de wettelijke eisen voldoen. Gert-Jan Kieft, hoofd van het laboratorium van KIWA: ‘Dat kunnen ook systemen zijn, zoals de opbouw van een kunstgrasveld. We bouwen dat na in ons constructie lab en doen er vervolgens testen op zoals betreding, UV-test, frictiemetingen en sporttechnische tests zoals demping, stroefheid en balrol. Hiermee kijken we of het voldoet voor de sport en of het duurzaam is. Microplastickorrels, zoals rubber korrels, mogen vanaf 2031 niet meer, dus moet er gezocht worden naar alternatieven. Daarvoor zijn andere materialen nodig, je kunt de korrels die nu gebruikt worden niet simpel vervangen door andere korrels. Je kunt ze ook niet weglaten, want de korrels zorgen voor extra demping. Momenteel zien we kurkkorrels en kurk met olijfpitten erdoor, houtbrokjes, maar het liefst gaat er niets meer door. Dan houd je alleen een mat met grasspietjes en zand, met een dempende laag eronder. Dat zorgt voor een grote uitdaging. We merken wel dat sommige ondergronden wel door de testen komen, maar dan zijn de spelers er helemaal niet blij mee. Dan is het nodig testmethodes te verbeteren, daar zijn we dan ook mee bezig. We zijn nu bezig met het verbeteren van frictie, zowel de schoen met het veld en de huid met het veld. De Wereld Hockey Bond wil dat meer landen hockey kunnen spelen, zonder water. In veel landen is water een schaars goed, terwijl hockeyers het liefst zoveel mogelijk gebruiken. Er is bijvoorbeeld een bal ontwikkeld die water afgeeft, maar die is na een paar minuten leeg. Daarnaast zien we in de toplaag van de velden steeds meer hergebruik, op atletiekbanen worden oude bovenlagen door de shredder gehaald en opnieuw gebruikt als onderlaag voor nieuwe velden. Ook worden sportvelden gebruikt voor bijvoorbeeld het winnen van warmte of het opslaan van water onder de velden. Zodra je een potentiaalverschil hebt, kun je een warmtepomp inzetten en energie winnen en opslaan. De vraag is wel wat je vervolgens met die energie doet, je zou een nabijgelegen zwembad kunnen verwarmen of een deel van een woonwijk. Er zijn veel opties en ideeën. Dit maakt velden wel veel duurder, waardoor andere gemeenteambtenaren zich ermee moeten bemoeien. In Zwolle is zo’n experiment gaande, net als Amsterdam en Haarlem. Die laatste is echt de grote voorloper waar de hele wereld naar kijkt.’

Onderwerp: Innovatie

Meer relevante berichten

Nieuwsbrief