Carico multidirezionale e potenza meccanica: misurare il costo del cambio di direzione

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Hannah Knowles e Codey Moran, Catapult Sports

Punti chiave:

• Cogliere la metà mancante della domanda: i cambi di direzione rappresentano circa la metà della domanda di accelerazione negli sport di squadra, eppure i tradizionali parametri basati sulla velocità non la rilevano affatto. Il carico multidirezionale isola l’accelerazione lineare, la decelerazione lineare e l’accelerazione laterale per fornire una visione completa dello stress meccanico.

• Un modello biomeccanico convalidato: il lavoro meccanico (kJ/kg) e la potenza meccanica (W/kg) quantificano il costo fisico del movimento utilizzando un modello a quattro componenti che tiene conto della meccanica orizzontale, verticale, laterale e dell’oscillazione degli arti. Ciò garantisce che la corsa veloce in linea retta e gli esercizi intensi su campi ridotti possano essere confrontati su una scala accurata.

• Adeguamenti in tempo reale e ritorno oggettivo all’attività sportiva: disponibili in tempo reale su Vector S8 e al termine della sessione su Vector S7 senza bisogno di nuovo hardware, questi parametri consentono ai professionisti di modificare l’intensità degli esercizi durante una sessione e di valutare i progressi degli atleti infortunati rispetto ai loro profili oggettivi precedenti all’infortunio.

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Il monitoraggio degli atleti si è basato finora sulla posizione, sulla velocità e sull’accelerazione lineare. Questi parametri descrivono la velocità con cui un atleta si muove nella direzione in cui sta procedendo, e lo fanno bene. Ciò che non rilevano, invece, sono i cambi di direzione, che negli sport di squadra rappresentano circa la metà di tutte le richieste di accelerazione.

Questo divario comporta conseguenze che un professionista affronta ogni settimana. Due esercizi risultano identici in termini di distanza e corsa ad alta velocità, ma chiaramente non si trattava della stessa sessione. Un blocco di allenamento sembra ben dosato in termini di volume, ma non rispecchia le condizioni di gara. Un atleta supera tutti i criteri di ritorno in campo basati sulla corsa, ma continua a non sembrare a posto nelle curve. In ciascun caso, le informazioni rilevanti non sono mai state misurate, quindi la questione poteva essere risolta solo a occhio.

Catapult sta introducendo oltre 30 nuovi parametri per colmare questa lacuna. Il “Carico multidirezionale” distingue le due azioni che un corpo compie durante l’accelerazione: la variazione di velocità e il cambio di direzione. Il «lavoro meccanico» e la «potenza meccanica» descrivono il costo fisico di entrambe le azioni. Insieme indicano da dove proveniva lo sforzo richiesto, quale fosse la sua entità e quanto intensamente si stesse allenando l’atleta. Sono disponibili in tempo reale durante la sessione su Vector S8 e dopo la sessione su Vector S7, calcolati sulla base dei dati di posizione già raccolti dai dispositivi.

Di seguito viene spiegato come sono stati ricavati, come sono stati convalidati, cosa indicano e come configurarli.

Perché gli indicatori basati sulla velocità non riescono a rilevare una svolta

L'accelerazione, così come viene solitamente misurata, indica la rapidità con cui varia la velocità di un atleta. La velocità è un valore numerico privo di direzione, quindi qualsiasi accelerazione ricavata da essa può solo indicare se un atleta accelera o rallenta.

Ma in fisica, per accelerazione si intende qualsiasi variazione del moto, compreso il cambio di direzione. Pensiamo a un’auto che percorre una rotatoria a una velocità costante di 40 km/h. Il tachimetro non si muove, eppure tutti i passeggeri avvertono una spinta laterale. Quella spinta laterale è l’accelerazione, ed è proprio ciò che un valore basato sulla velocità non riesce a rilevare

Lo stesso vale per gli atleti. Chi curva a velocità costante registra un valore pari a zero. Chi frena in una curva registra la frenata, ma non la curva stessa.

Prendiamo ad esempio un atleta che corre lungo un cerchio di 10 m a una velocità costante di 5 m/s. Un indicatore basato sulla velocità segna zero per tutto il percorso. In realtà, l’atleta spinge contro il terreno per mantenere quella curva a 2,^{5 m/s²} per tutta la durata dello sforzo, e nulla di tutto ciò viene registrato. Se si combina la curva con eventuali accelerazioni o decelerazioni, si ottiene l’accelerazione totale o risultante.

Suddivisione dell'accelerazione in due canali: lineare e laterale

Se alla velocità si aggiunge la direzione di marcia, l’accelerazione si suddivide naturalmente in due parti.

L'accelerazione lineare (tangenziale) consiste nell'aumentare o diminuire la velocità lungo la direzione in cui si muove l'atleta. È positiva in fase di accelerazione e negativa in fase di frenata, ed è proprio quella che viene già misurata dagli indicatori basati sulla velocità.

L'accelerazione laterale (centripeta) è quella che cambia direzione, ovvero la spinta laterale rispetto alla linea di marcia. È pari a zero in rettilineo ed è proprio l'aspetto che le metriche basate sulla velocità non tengono in considerazione.

Insieme determinano l'accelerazione totale (risultante), ovvero la forza con cui l'atleta sta accelerando in ogni momento, indipendentemente dalla direzione in cui si sta muovendo.

In una curva percorsa a velocità costante non si verifica alcuna accelerazione lineare. Le frecce arancioni indicano l'accelerazione laterale: la forza che determina il cambio di direzione, che i parametri basati sulla velocità non tengono in conto.

Lo stesso circuito multidirezionale di 45 secondi illustrato in tre modi diversi. L’accelerazione lineare (a sinistra) evidenzia i punti in cui l’atleta accelera e decelera, l’accelerazione laterale (al centro) quelli in cui cambia direzione, mentre l’accelerazione risultante (a destra) combina le due. Il colore evidenzia i valori superiori a 2 m·s⁻².

Se si confrontano il riquadro di sinistra e quello centrale, il concetto risulta evidente. I due canali mettono in luce aspetti quasi del tutto diversi dello stesso circuito e tutto ciò che mostra il riquadro centrale è lo sforzo compiuto dall’atleta che nessun parametro esistente ha registrato.

Due fattori determinano l'entità dell'accelerazione laterale generata da una curva: la velocità dell'atleta e l'ampiezza della curva. La velocità ha un impatto maggiore: raddoppiandola, la sollecitazione laterale aumenta di quattro volte, mentre dimezzando l'ampiezza della curva essa raddoppia soltanto.

Accelerazione laterale, m/s². Un trattino indica una curva troppo stretta per poterla affrontare a quella velocità.

Si tratta di uno strumento di prescrizione. Poiché l’accelerazione laterale aumenta con il quadrato della velocità e diminuisce all’allargarsi della curva, un professionista che desideri aumentare la sollecitazione al cambio di direzione ha a disposizione due leve con conseguenze ben diverse. Restringere la griglia aumenta la sollecitazione di ogni curva, ma mantiene basse le velocità di corsa. Allargarla e aumentare la velocità di ingresso fa aumentare lo sforzo laterale, mantenendo al contempo l’esposizione alle alte velocità. Si tratta di sessioni diverse con costi diversi e, fino ad ora, non esisteva un parametro in grado di indicare quale delle due fosse stata effettivamente realizzata.

Cosa indica il carico multidirezionale e in che modo è correlato al carico di accelerazione

L'integrazione dell'accelerazione nel tempo fornisce il carico in unità arbitrarie, sulla stessa scala della metrica "Carico di accelerazione" già in uso. Attualmente, il carico di accelerazione è un unico valore assoluto che comprende sia l'accelerazione che la frenata. Il carico multidirezionale va oltre: si tratta di un unico valore che tiene conto dell'accelerazione, della decelerazione e del cambio di direzione, che può poi essere scomposto in ciascuna di queste componenti.

È opportuno chiarire quali siano le conseguenze di questa modifica su un valore che già utilizzi. Le componenti lineari, nel loro insieme, si allineano con il tuo “Acceleration Load” esistente. Non è cambiato nulla nel modo in cui vengono misurate l’accelerazione e la frenata. Sono state suddivise in costi distinti e accanto a esse è stata inserita una terza componente.

La suddivisione dei canali dipende quasi interamente dall'attività svolta dall'atleta:

Gli estremi sono intuitivi. Uno sprint di 20 m è quasi interamente lineare, mentre una corsa circolare è quasi interamente laterale. La parte utile è tutto ciò che sta in mezzo, perché è proprio su questo che si basano effettivamente le sessioni di allenamento e la combinazione di movimenti in una corsa curva o a zigzag non è qualcosa che chiunque possa stimare in modo affidabile a occhio. In quattro sport di squadra, il carico laterale rappresenta tra il 42 e il 53 per cento del carico multidirezionale totale durante le partite.

Dal carico al lavoro: il costo fisico e il modello biomeccanico alla base

Il carico multidirezionale in unità arbitrarie descrive la direzione e la distribuzione della sollecitazione accelerativa. Il lavoro meccanico ne descrive l'entità fisica, espressa in kilojoule per chilogrammo di massa corporea (kJ/kg).

Il “lavoro meccanico” di Catapult deriva da un modello biomeccanico a quattro componenti, elaborato sulla base di ricerche sottoposte a revisione paritaria (Gray et al., 2018, 2023). Il modello tiene conto di quattro distinte sollecitazioni meccaniche e le combina in un unico valore di “lavoro meccanico”:

• Orizzontale: accelerazione e decelerazione lungo la direzione di marcia
• Verticale: il rimbalzo di ogni falcata, con il sollevamento e l'abbassamento del corpo
• Arti: oscillare le braccia e le gambe a ogni falcata
• Laterale: cambio di direzione: il movimento da un lato all’altro

Poiché il modello tiene conto separatamente della frenata e della sterzata, riesce a cogliere due requisiti che gli approcci basati su un unico parametro tendono a combinare. La velocità e l’accelerazione del dispositivo sono state convalidate rispetto al sistema di motion capture Vicon in uno studio pubblicato (Ellens et al., 2025). Da allora, i canali di accelerazione lineare e laterale sono stati verificati rispetto allo stesso criterio; i risultati completi saranno pubblicati in un white paper di prossima uscita.

L’inclusione degli arti è ciò che distingue un modello biomeccanico da un semplice prodotto di accelerazione e velocità. Il movimento oscillatorio di braccia e gambe è un lavoro che non emerge dall’accelerazione complessiva del corpo, eppure costituisce una quota sostanziale del totale alle velocità di corsa (Minetti, 1998). Un modello privo di una componente relativa agli arti non ha modo di tenerne conto. Ciò è importante ai fini dell’interpretazione e non solo per l’accuratezza. Senza una componente relativa agli arti, la corsa veloce in linea retta risulta sottostimata, per cui una sessione di corsa ad alta velocità può apparire meno impegnativa rispetto a una partita a squadre ridotte di quanto non sia in realtà. Ed è proprio questo il confronto per cui vengono utilizzati questi dati. 

Espresso in termini di tasso, lo stesso calcolo fornisce la potenza meccanica in watt per chilogrammo (W/kg). I dati riportati spaziano dal lavoro meccanico totale (kJ/kg) e dal lavoro meccanico al minuto (kJ/kg/min) alla potenza meccanica media e massima (W/kg), con la potenza istantanea per campione disponibile al termine della sessione.

Carico multidirezionale durante un'intera partita

I nuovi parametri relativi al carico multidirezionale e alla potenza meccanica si affiancano a quelli già esistenti, quali la distanza percorsa e la corsa ad alta velocità, e possono quindi essere aggiunti agli attuali resoconti delle partite e degli allenamenti, senza sostituirli.

In una partita completa, la stessa scomposizione fornisce un profilo direzionale per ogni atleta. Per l’attaccante mostrato, il carico multidirezionale totale di 5.708 AU si suddivide in 1.312 AU di accelerazione lineare, 1.254 AU di decelerazione lineare e 3.142 AU di carico laterale, ripartiti in 1.507 a sinistra e 1.635 a destra. Più della metà dello sforzo acceleratorio di questo atleta rientrava in una fascia che nessuna metrica di distanza o velocità riporta.

La potenza meccanica viene riportata in fasce di intensità configurabili, in modo che i professionisti possano impostare soglie adatte alla propria disciplina sportiva e alla popolazione di atleti, per poi monitorare la distanza e il tempo accumulati in ciascuna di esse. Nella sessione mostrata, il 59% del tempo si colloca al di sotto dei 2,5 W/kg e il 5% al di sopra dei 12,5 W/kg. È proprio questa distribuzione che consente di confermare che un esercizio raggiunga l’intensità prevista e di distinguere una riduzione dell’intensità da una riduzione del volume.

In diretta su Vector S8: cambiare l'esercizio invece di ripassarlo

Su tutti gli altri sistemi questi sono dati che il professionista legge solo al termine della sessione, quando è ormai troppo tardi per modificare l’esercizio che li ha generati. Con Vector S8, invece, vengono visualizzati sullo schermo mentre l’esercizio è in corso. Il professionista può vedere il picco entro un minuto e le componenti di carico che si accumulano in tempo reale.

L’applicazione pratica consiste nel verificare l’intensità in relazione al tempo rimanente a disposizione. Se la potenza meccanica non ha raggiunto l’intervallo previsto entro la terza ripetizione, l’esercizio non produrrà i risultati previsti e potrà essere prolungato o interrotto prima di dedicargli il resto della sessione. Lo stesso vale per una fase di ritorno al gioco, in cui il carico laterale che si accumula di lato indica se un atleta sta raggiungendo l’esposizione prevista, mentre la fase può ancora essere confermata o sospesa.

Ciò che cambia è la tempistica, piuttosto che il contenuto. Un numero post-sessione determina la sessione successiva. Un numero in tempo reale modifica la ripetizione successiva.

Quattro modi in cui i professionisti lo utilizzeranno

Progettare esercizi in base alle esigenze di movimento della competizione. Una partita presenta un profilo di carico specifico, ovvero come il carico multidirezionale si ripartisce tra accelerazione, frenata e cambio di direzione. Anche la settimana di allenamento ne ha uno. Mettendo a confronto i due profili, per squadra, ruolo o atleta, la questione della specificità diventa un confronto oggettivo piuttosto che un’opinione soggettiva.

Quantificare l’esposizione ai cambi di direzione. Lo stesso confronto vale a livello di esercizio. Prendiamo due esercizi della stessa durata e distanza, uno in spazio aperto e uno su una griglia stretta. In termini di distanza e velocità possono sembrare identici. Il carico laterale, l’alto carico laterale e il lavoro meccanico li distinguono, mentre i tempi parziali degli esercizi mostrano in quale momento della sessione si concentra lo sforzo.

Verificare se un blocco di allenamento sta dando i risultati sperati. La distanza percorsa e la corsa ad alta velocità possono rimanere costanti di settimana in settimana, mentre il carico laterale e l’alto carico laterale aumentano. Si tratta dell’esposizione ai cambi di direzione che si sviluppa su una base di corsa stabile, un aspetto che le metriche basate sulla velocità non riuscirebbero affatto a cogliere. Questo indica se un blocco sta garantendo la progressione prevista.

Ritorno graduale all’attività agonistica basato su parametri oggettivi. Il ritorno all’attività agonistica passa in genere dalla corsa in linea retta a cambi di direzione graduali, per poi arrivare a situazioni simili a quelle di gioco. Ogni fase viene solitamente valutata in base al piano di progressione e alla qualità del movimento osservata a occhio nudo. Il «Carico laterale» indica il livello di esposizione ai cambi di direzione che un atleta è in grado di gestire in ogni fase, il «Carico laterale elevato» indica la percentuale di virate brusche, mentre la «Potenza meccanica» indica l’intensità dello sforzo profuso durante l’esecuzione. Confrontando questi dati con il profilo dell’atleta prima dell’infortunio, si osserva che l’atleta progredisce in termini di parametri oggettivi, non solo in termini di tempo trascorso.

Dove vengono visualizzati gli indicatori: dispositivi, piattaforme e disponibilità

Tutte le metriche vengono calcolate sulla base dei dati di monitoraggio già raccolti dai dispositivi, quindi non è necessario alcun nuovo hardware né alcuna modifica alla configurazione dei dispositivi o al flusso di lavoro.

Vector S8 (livello Pro): in tempo reale durante la sessione, nella consol OpenField e su Vector Live, nonché dopo la sessione.

Vector S7 (livello Pro): post-sessione, nella consol OpenField e e nel Cloud.

Impostazione delle fasce di potenza

La potenza meccanica viene riportata in un massimo di otto fasce configurabili, suddivise in due gruppi. Il gruppo assoluto utilizza soglie fisse identiche per ogni atleta, il che mantiene una scala costante all’interno di una squadra e si presta al confronto tra esercizi e alla profilazione posizionale, oltre che alla descrizione delle esigenze di gioco. Il gruppo relativo applica soglie espresse come percentuale del massimo di ciascun atleta, il che si adatta al rientro in campo e alla prescrizione individuale. Come per la velocità massima, OpenField avvisa gli utenti quando un atleta registra un nuovo massimo di potenza meccanica, e il profilo può essere aggiornato direttamente dalla notifica in modo che le fasce relative rimangano aggiornate. Ogni fascia riporta la durata e la distanza, sia in termini assoluti che percentuali.

Cosa presuppone il modello e cosa non tiene in considerazione

Il lavoro meccanico e la potenza meccanica sono espressi per chilogrammo di massa corporea, il che rende direttamente comparabili atleti di corporatura diversa. I valori assoluti sono riportati parallelamente per fornire un'indicazione della potenza totale, piuttosto che del fabbisogno in relazione alla corporatura.

Si tratta di parametri esterni, calcolati in base al modo in cui l’atleta si muove sul terreno. Non tengono conto delle collisioni o dei contatti, non distinguono tra i diversi tipi di azione muscolare e non descrivono il costo fisiologico interno di una sessione.

Carico multidirezionale e potenza meccanica: sintesi

Il carico multidirezionale indica quanta richiesta di accelerazione ha comportato una sessione e da dove proveniva: accelerazione, frenata o cambio di direzione. Il lavoro meccanico indica quale sforzo fisico ciò ha comportato per l’atleta. La potenza meccanica indica l’intensità dello sforzo in ogni momento.

Il che trasforma le tre situazioni descritte all’inizio di questo articolo in domande con una risposta. I due esercizi che hanno dato risultati identici in termini di distanza sono distinti dal carico laterale e dal lavoro meccanico, e le analisi dettagliate degli esercizi mostrano in quale parte della sessione si è manifestata la differenza. Il blocco che sembrava ben dosato in termini di volume può essere confrontato con la firma di carico propria della partita, posizione per posizione, piuttosto che con un’opinione. L’atleta che soddisfa tutti i criteri di corsa ma non sembra a posto nelle curve può ora essere valutato in base al parametro che conta: il carico laterale, confrontandolo fianco a fianco con il suo profilo pre-infortunio.

Il cambio di direzione è sempre stato metà della sfida negli sport di squadra. Ora è anche metà del parametro di valutazione.

Riferimenti

Minetti AE. (1998). Un'equazione modello per la previsione del lavoro meccanico interno nella locomozione terrestre. J Biomech 31(5):463-468.

Ellens S, Moran C, Varley MC. (2025). Validità concorrente e affidabilità inter-dispositivo del dispositivo GNSS “ Catapult Vector ” S8. PLoS One 20(10):e0333792.

Gray AJ, Shorter K, Cummins C, Murphy A, Waldron M. (2018). Modellizzazione dell’energetica del movimento mediante dispositivi GPS negli sport di squadra di contatto: limiti e soluzioni. Sports Med 48:1357-1368.

Gray A, Andrews M, Waldron M, Jenkins D. (2023). Un modello per il calcolo delle sollecitazioni meccaniche della corsa su terreno. Sports Biomech 22(10):1256-1277.