En ny matematisk modell utvecklad av forskare vid University of Alberta visar hur konståkare rör sig över isen – och kan hjälpa professionella åkare att finslipa sin teknik eller förhindra skador.

"Vi kan beskriva konståkarens rörelse, " sa doktorand Meghan Hall. "Om jag vill göra den här rörelsen eller det här mönstret, vad behöver jag göra med min kropp? Vad är det optimala sättet att göra det på? Eller, om jag inte är säker på hur man gör en viss rörelse eller mönster, det här systemet kommer att modellera rörelsen jag behöver göra för att producera den."

Hall, en fritidskonståkare i 20 år, bedriver forskningen tillsammans med doktoranden Vaughn Gzenda under ledning av Vakhtang Putkaradze.

I den första av två studier, forskarna noterar att tidigare forskning har tittat på konståkningens tvådimensionella fysik, men deras nya modell är den första som använder icke-holonomisk mekanik, eller mekanik med begränsningar, att visa hur en kropp rör sig på is i tre dimensioner.

"Det visar sig att vi kan lösa det här problemet för hand, vilket är otroligt eftersom ekvationer i icke-holonomisk mekanik är mycket komplexa, sade Putkaradze, som för närvarande är senior chef för vetenskap och teknik med ATCOs transformationsteam.

Den andra, kommande studie inkluderar ett bibliotek med alla olika rörelser och banor en skridskoåkare kan ta.

"Det faktum att rörelseekvationerna är integrerbara, eller helt lösbar, är högst överraskande, " sade Gzenda. "Mekaniska system med icke-holonomiska begränsningar som också är integrerbara är ytterst sällsynta. Det finns en relativt kort lista över kända exempel – ett exempel är en symmetrisk rullande boll. En annan är hur en släde rör sig längs en yta.

"Vår modell är så vitt vi vet, den senaste på den här listan."

Praktiska tillämpningar

"Konståkning inspirerade detta forskningsprojekt, och nu inspirerar projektet mig när jag är på isen, " sa hon. "Jag har haft en väldigt annorlunda inställning till skridskoåkning under hela min karriär - förmodligen för att mitt huvud bara tänker så här. Nu har vi byggt en simulering och jag kan se, på papper, hur man flyttar min kropp."

Förutom inspiration på isen, forskningen har potentiella praktiska tillämpningar för både skridskoåkare och tränare, Putkaradze noterade.

"Det här skulle vara ett bra sätt att förstå hur människor tränar och skulle kunna bidra till bättre konståkningsträning, " han sa.

Det kan också hjälpa skridskoåkare att undvika vanliga skador som spiralfrakturer i underbenet.

"Detta kan potentiellt gälla blad- eller stöveldesign, eller till och med teknik för att undvika dessa skador, " tillade Hall.

Den första studien, "Integrerbarhet och kaos i konståkning, " av Gzenda och Putkaradze, publicerades i Tidskrift för icke-linjära vetenskaper .