Accelerometro sull'arco e tiro: Ogasawara 2021

Un sensore di accelerazione grande come una scatola di fiammiferi, 70 per 36,7 per 9,5 millimetri e 25 grammi, montato sull'arco e collegato via radio a un tablet, basta a stimare quanto un arciere tiene fermo l'arco in mira e, da lì, che punteggio farà. Gli autori hanno registrato undici studenti maschi del club di tiro con l'arco dell'università Waseda, tutti destrorsi e con almeno tre anni di pratica, su 36 frecce a 30 metri e 36 a 50 metri con archi ricurvi.

Il tremore è stato misurato come deviazione standard dell'intensità dell'accelerazione nel secondo che precede il rilascio, da 1,2 a 0,2 secondi prima, e per ogni arciere si è preso il valore più basso delle 36 frecce a 50 metri. Più l'arco tremava, più basso era il punteggio totale: la correlazione è forte e negativa (R = -0,79, p < 0,01), e la retta che lega le due misure dà un punteggio massimo teorico di 331 punti sui 360 possibili. Il sistema riconosce da solo quando è stato tirato un colpo, con una precisione di 0,72 e un richiamo di 0,80 senza nessuna informazione esterna sul momento del rilascio, e 0,97 e 0,94 se glielo si dice. Mettendo insieme riconoscimento automatico e stima, e provando ogni arciere con un modello addestrato sugli altri dieci, la correlazione con il punteggio resta di 0,74. Sul singolo tiro, invece, nessuna correlazione significativa.

Il sensore misura accelerazioni fino a quattro g e campiona 25 volte al secondo, trasmettendo in tempo reale a un tablet per Bluetooth; una telecamera riprendeva le sessioni per stabilire a mano, dai filmati, il momento esatto di mira, rilascio e follow through, che serve da riferimento per valutare il riconoscimento automatico. Le 36 frecce per distanza sono quelle previste dal regolamento universitario giapponese.

Dall'accelerazione si ricavano tre grandezze: la variazione dell'intensità da un campione all'altro, che segna il rilascio, e i due angoli di rollio e beccheggio dell'arco, che segnano il follow through, quando l'arco ruota in avanti. Su queste tre grandezze è stato addestrato un albero di decisione, scelto perché le sue regole si leggono: il riconoscimento di un tiro chiede che l'arco stia fermo in mira, che l'accelerazione cambi di colpo al rilascio e che l'arco ruoti subito dopo. Come esempi negativi gli autori hanno usato, oltre a momenti presi a caso, i due gesti che assomigliano di più a un tiro, cioè la discesa senza rilascio e l'appoggio dell'arco sul piede fra una freccia e l'altra. Il tremore è stato calcolato su una finestra di un secondo, venticinque campioni, perché il periodo di mira più corto osservato era di 1,8 secondi. La bontà del sistema è stata provata lasciando fuori un arciere alla volta dall'addestramento.

Gli autori dedicano una sezione ai limiti del campione: undici studenti universitari dello stesso club, dello stesso sesso, tutti destrorsi e tutti di livello intermedio, né principianti né atleti di vertice. Non si sa se la retta che lega tremore e punteggio valga sopra o sotto l'intervallo di punteggi osservato, e il riconoscimento del tiro potrebbe funzionare peggio con un principiante, il cui gesto è meno stabile.

La correlazione riguarda la somma di 36 frecce: sul singolo tiro sparisce, perché una freccia dipende da troppe altre cose, dal vento alla rettilineità dell'asta al controllo della mano al rilascio, che si compensano solo sul totale. Il tremore, insomma, spiega una parte del punteggio, non tutto, e gli autori lo dicono. L'indice usato è il valore più basso fra le 36 frecce, cioè la freccia tenuta meglio, non la media, scelta fatta perché regge meglio agli errori di riconoscimento. La frequenza di campionamento è bassa, 25 hertz, e il sistema va calibrato a mano portando l'arco in verticale prima di cominciare. Infine lo studio non propone nessun modo per ridurre il tremore: misura, e basta. Il punteggio è stato raccolto solo a 50 metri.

Questo lavoro dà una misura a un'impressione comune: fra arcieri dello stesso club e della stessa esperienza, chi tiene l'arco più fermo nell'ultimo secondo prima del rilascio fa più punti, e la differenza si legge dall'accelerazione dell'arco senza bisogno di telecamere. Il legame è forte sul totale di 36 frecce e inesistente sulla singola freccia, il che è un modo elegante di dire che il tremore conta come tendenza e non come spiegazione di quello che è appena successo su un nove a ore tre.

Il secondo contributo è pratico in senso stretto: un accelerometro da 25 grammi sull'arco riesce a contare i tiri e a isolarne la fase di mira da solo, distinguendoli anche dalla discesa senza rilascio, che è la cosa più difficile da riconoscere. Chi oggi usa app e sensori su arco e corda sta usando la stessa idea. Vale la pena ricordare che i numeri vengono da undici arcieri di club giapponesi su una distanza sola, e che lo studio non dice niente su come si riduca quel tremore.