Итак, первая эволюционная ступень развития тренажерных устройств - свободный вес. Отличительной особенностью свободного отягощения является возможность выполнения трс-нировочного тренировочного движения со всеми возможными степенями свободы, а минусом является то, что в работу вовлекается большое количество дополнительных мышечных групп, выполняющих стабилизационную функцию. Между тем с давних пор для спортсменов и тренеров стало очевидно, что для повышения результативности целевого/соревновательного движений более эффективной является избирательная тренировка отдельных мышечных групп, входящих в состав целого движения. Связано это прежде всего с неизбежным наличием отстающих мышечных групп. Физиологические механизмы, лежащие в основе управления мышцами при выполнении сложного многосуставного движения (межмышечная координация), работают по принципу компенсации и минимизации затрат энергии. Другими словами, для обеспечения полноценного движения более сильные мышечные группы берут на себя львиную долю общей нагрузки, разгружая тем самым отстающие мышечные группы. В результате получается замкнутый круг, выходом из которого является целенаправленная проработка аутсайдеров. На этом этапе, по-видимому, и пришла мысль каким-то образом ограничить число степеней свободы.

Революцией в тренажерном мире явилось дополнение грузоблочного тренажера жестким элементом рычажного тренажера с изменяющимся плечом приложения силы - машина типа «Наутилус». Достигается это использованием особого эксцентрика со специальным профилем, совершающего вращательное движение, к которому жестко прикреплен рабочий рычаг. Физиологической основой эффективности тренировки с использованием тренажеров типа «Наутилус» является следующее обстоятельство. В связи с изменением количества одновременно замкнутых актомиози-новых актомиозиновых мостиков при изменении длины мышцы сила, развиваемая мышцей, меняется в значительных пределах в зависимости от угла в суставе. Свободный вес, как известно, способен обеспечить лишь постоянную нагрузку. В результате в различных фазах амплитуды мышца оказывается либо недогруженной, либо перегруженной. Использование специального профиля изменения нагрузки, соответствующего особенностям конкретной мышечной группы, за счет изменения плеча приложения силы резко повышает эффективность тренировки, позволяя выполнять движение с максимальным усилием на протяжении всей амплитуды. В свое время увлечение машинами типа «Наутилус» было настолько бурным, что изготавливались специальные эксцентрики для каждого занимающегося, ввиду того, что индивидуальные профили распределения усилия разнятся в довольно широких пределах.

Следующей эволюционной ступенью в мире тренажеров явилась модификация типов сопротивления, оказываемого мышечному усилию. Необходимость этого вытекает из крайне вредного для некоторых движений побочного эффекта тренировки со свободным отягощением, связанного со свойством инерционности. Инерция свободного веса не позволяет выполнять движения с высокой [[Скорость выполнения упражнений|скоростью ]] в высоком темпе, поскольку львиная доля энергии и амплитуды движения тратится на разгон и остановку. Одной из попыток устранить этот недостаток явилось применение резиновых жгутов. В этом случае сопротивление обеспечивается не за счет гравитационных сил, а за счет силы Гука, которая связана лишь с жесткостью жгута, обеспечивая по сути безынерционную нагрузку. Недостатком такого способа нагружения являются неудобства, связанные с невозможностью быстро менять тренировочную нагрузку, а также побочный эффект, вытекающий из закона Гука - прирост нагрузки пропорциональный растяжению жгута. Еще одной разновидностью способа задания тренировочной нагрузки явилось использование гидравлического сопротивления. С возникновением тренажерных устройств, оснащенных гидравлическими цилиндрами, в практику спорта и научных исследований вошел изокинетический режим мышечного сокращения -движение с постоянной [[Скорость (двигательное физическое качество)|скоростью]]. Возвращаясь назад, следует отметить, что режим работы мышц, обеспечиваемый свободным весом или резиновым жгутом, носит название изотонического — движение с постоянной нагрузкой. Изокинетический режим тренировки нашел широкое применение при тренировке в видах спорта, связанных с движением в водной среде, которая в значительной мере гасит возникающие ускорения. Физиологической основой эффективности такой тренировки является принцип специфичности, который заключается в том, что наибольший прирост мышечной производительности регистрируется в тех режимах мышечного сокращения, в которых осуществляется тренировка. Отсюда следует, что изотонический режим, связанный с большими величинами ускорения и замедления движения, малоэффективен для таких видов спорта, как гребля, плавание и т.д. Последнее многократно подтверждено как лабораторными экспериментами с использованием этого режима, так и резким повышением результативности в этих видах спорта с появлением изокинетического тренировочного оборудования. Тем не менее гидравлические тренажеры утратили свою популярность ввиду сложности обслуживания, высокой стоимости и недостаточной надежности. На смену им пришли тренажерные устройства с электрическим приводом, о которых будет сказано ниже, а также тренажеры с воздушным сопротивлением, обеспечивающие нагрузку, близкую к изокинетической. Резистивным блоком с воздушным сопротивлением оснащены современные гребные эргометры, широко вошедшие в практику подготовки высококвалифицированных гребцов.

Используя аналогию с эволюцией в животном мире, можно сказать, что с определенного момента времени тренажерные устройства научились «видеть» и «чувствовать», что явилось следующим и весьма важным эволюционным шагом. Тренажеры были оснащены датчиками, измеряющими основные параметры движения: силу, скорость, амплитуду движения. Это дало существенные преимущества в оптимизации тренировочного процесса. До появления средств измерения текущие функциональные возможности мышц можно было оценивать весьма трудоемкими и грубыми методами. Так, для определения максимальной произвольной силы использовался метод одного повторного максимума (1 ПМ), суть которого заключается в следующем. С использованием нескольких попыток (как правило, не менее 7) определяется тот вес (или нагрузка), который занимающийся может преодолеть лишь один раз. Величина нагрузки принимается за максимальное значение произвольной силы. Очевидно, что такую процедуру, связанную с выполнением предельных нагрузок, можно выполнять не чаще 2-3 раз в месяц. К тому же метод имеет значительную погрешность, связанную с дискретностью нагрузки. Выбор больших ступенек в выборе нагрузки таит опасность «проскакивания» реальных значений, выбор небольших ступенек ведет к тому, что при приближении к максимальным нагрузкам мышцы уже значительно утомлены, что неизбежно отражается на проявлении максимальных возможностей. С появлением датчиков, измеряющих [[Скоростно-силовые качества|скоростно-силовые проявления]], процедура оценки текущего функционального состояния мышц резко упростилась, и точность ее резко повысилась. Для оценки в этом случае достаточно выполнения нескольких движений (лишь для набора статистики, в идеале достаточно и одного движения) с немаксимальной нагрузкой. Датчики силы (в случае изокинетического режима) или скорости (в случае изотонического режима) с высокой точностью определяют текущее значение скоростно-силовых возможностей. Такую процедуру можно выполнять практически на каждой тренировке, а при постоянной работе датчиков и мотивации занимающихся к максимально быстрому выполнению движения буквально после выполнения каждого движения. Очевидно, что использование этой срочной информации резко повышает эффективность тренировочного процесса, позволяя оперативно оценивать целесообразность выбранной программы тренировки или диагностировать внезапное снижение функциональных возможностей двигательной системы, вовремя внося коррективы в тренировочный процесс.

В первом случае каждый тренажер включает в себя мини-компьютер с устройствами вывода визуальной информации. Смарт-карта - это индивидуальный электронный чип, встроенный в пластиковую карточку. В памяти этого чипа хранится вся информация о текущем и предшествующем функциональном состоянии конкретного занимающегося, а также программы текущей коррекции тренировочной нагрузки. Разработкой и созданием таких систем в настоящий момент времени занимаются все крупные мировые производители, выпускающие пневматические тренажеры. Процедура организации тренировочного занятия в тренажерных залах, оборудованных такими тренажерами, следующая. Для конкретного занимающегося тренером составляется тренировочная программа достижения заданной тренировочной цели, которая зашивается в память чипа, а также распечатывается на бумажном носителе. Занимающийся, следуя этой программе, переходит от одного тренажера к другому. Перед началом упражнения он вставляет смарт-карту в специальный терминал, которым оснащен каждый тренажер. Электронная система считывает текущую информацию, выставляет необходимую нагрузку и выводит на мини-дисплей различные команды для занимающегося: с какой скоростью выполнять упражнение, сколько выполнять движений, сигналы к началу и к завершению упражнения. После окончания работы на одном тренажере занимающийся переходит на другой, в соответствии с планом тренировки, распечатанном на бумажном носителе. Продолжительность отдыха между отдельными упражнениями регламентируется самим занимающимся и загруженностью тренажерного зала. Тренер лишь дает указания о временном диапазоне отдыха. Корректировка тренировочной нагрузки перед началом очередного тренировочного занятия также осуществляется тренером после детального ознакомления с параметрами предыдущей тренировки, считанными со смарт-карты. Такая организация работы в тренажерном зале -это значительный шаг вперед, но и она не лишена недостатков, снижающих эффективность тренировочного процесса. К этим недостаткам можно отнести: произвольный выбор времени отдыха между упражнениями; неизбежныеошибки тренера, корректирующего тренировочный план; хаотичное перемещение занимающихся по залу, что ведет к неэффективном. использованию тренажеров, а также вносит дополнительную погрешность в выбор интервала времени отдыха, поскольку тренажер, на котором предстоит заниматься, может быть занят другим занимающимся.

ошибки тренераБлижайшая перспектива в области раз работки новых тренажерных устройств - это полностью автоматизированная тренировочная система, корректирующего организующая тренировочный план; хаотичное перемещение заннупроцесс в принципиально ином режиме. Вся информация о текущем функциональном состоянии занимающихся хранится в центральном компьютере, который связан со всеми тренажерами единой локальной сетью, по которой передаются сигналы от датчиков и идут управляющие команды к силовым приводам тренажеров.Визуализация управляющих команд для испытуемых осуществляется посредством большого информационного монитора, видного из любой точки тренажерного зала. ющихся по залуВ центральном компьютере содержатся тренировочные алгоритмы для достижения задан ной тренировочной цели, что ведет к неэффективномразработанные специалистами в области спортивной физиологии и кибернетики (описание особенностей этих алгоритмов см. ниже). использованию тренажеровПеред началом тренировочного занятия занимающийся вводит свой ник и пароль в центральный терминал, а также вносит дополнительную погрешность после чего система включает его параметры (извлеченные из базы данных) в выбор интервала времени отдыхаобщую программу динамического управления тренировочным процессом. На экране информационного монитора появляется новая строка, поскольку тренажеркоторая включает: ник, номер тренажера на котором предстоит заниматьсявыполнять очередное упражнение, время до начала упражнения (отсчет секунд в обратном порядке), интенсивность предстоящего упражнения и поле для различных дополнительных инструкций. Все занимающиеся переходят от тренажера к тренажеру, руководствуясь информацией с этого монитора. В алгоритмы включена защита от взаимных пересечений и накладок. Другими словами, не может быть занят другим возникнуть ситуация, когда система предлагает двум или более занимающимсяодновременно начать упражнение на одном и том же тренажере. Величина тренировочной нагрузки и время отдыха между отдельными упражнениями корректируются в автоматическом режиме, на основе алгоритмов тренировки и текущего функционального состояния занимающегося. Автоматизированную систему можно использовать для организации тренировочного процесса в виде круговой тренировки - эффективного метода повышения аэробного потенциала организма. Для этих целей на тело занимающегося крепят кардиодатчики, которые также связываются с центральным компьютером по беспроводному каналу. Автоматизированная тренировочная система в этом случае будет подбирать нагрузку таким образом, чтобы удерживать частоту сердечных сокращений в заданном диапазоне.

Ближайшая перспектива в области раз работки новых тренажерных устройств - это полностью автоматизированная тренировочная система, организующая тренировочный процесс в принципиально ином режиме. Вся информация о текущем функциональном состоянии занимающихся хранится в центральном компьютере, который связан со всеми тренажерами единой локальной сетью, по которой передаются сигналы от датчиков и идут управляющие команды к силовым приводам тренажеров. Визуализация управляющих команд для испытуемых осуществляется посред* ством большого информационного монитора, видного из любой точки тренажерного зала. В центральном компьютере содержатся тренировочные алгоритмы для достижения задан ной тренировочной цели, разработанные специалистами в области спортивной физиологии и кибернетики (описание особенностей этих === Особенности алгоритмов см. ниже). Перед началом тренировочного занятия занимающийся вводит свой ник и пароль в центральный терминал, после чего система включает его параметры (извлеченные из базы данных) лежащих в общую программу динамического управления тренировочным процессом. На экране информационного монитора появляется новая строка, которая включает: ник, номер тренажера на котором предстоит выполнять очередное упражнение, время до начала упражнения (отсчет секунд в обратном порядке), интенсивность предстоящего упражнения и поле для различных дополнительных инструкций. Все занимающиеся переходят от тренажера к тренажеру, руководствуясь информацией с этого монитора. В алгоритмы включена защита от взаимных пересечений и накладок. Другими словами, не может возникнуть ситуация, когда система предлагает двум или более занимающимся одновременно начать упражнение на одном и том же тренажере. Величина основе работы автоматизированной тренировочной нагрузки и время отдыха между отдельными упражнениями корректируются в автоматическом режиме, на основе алгоритмов тренировки и текущего функционального состояния занимающегося. Автоматизированную систему можно использовать для организации тренисистемы нового поколения ===

ровочного процесса Идеально функционирующая автоматизированная система управления тренировкой должна включать тренажерные устройства с силовыми приводами, систему датчиков для оценки состояния различных систем организма, программы для развития различных двигательных качеств, а также возможности автоматической коррекции этих программ на основе изменений в функциональном состоянии организма. Последние две задачи решаются с помощью специально разработанных алгоритмов. Как один из возможных путей разработки таких алгоритмов можно предложить использование адаптационных алгоритмов, нашедших широкое применение в кибернетике. Разработка данных алгоритмов вылилась в самостоятельное теоретическое направление под названием «Алгоритмический подход к построению тренировки». В рамках настоящего раздела не представляется возможным в полной мере изложить данный подход. Остановимся лишь на ключевых особенностях работы алгоритмов, заложенных в виде круговой тренировки автоматизированную тренировочную систему нового поколения, о которой шла речь ранее. Костяком данных алгоритмов являются математические модели функционирования двигательной системы: модель срочного ответа на однократное воздействие - эффективного метода повышения аэробного потенциала организманаиболее простая модель, не учитывающая факторы, связанные с утомлением; модель отставленного ответа на серию движений - модель локального утомления; долгосрочная модель хронического ответа - наиболее сложная модель, учитывающая большой набор данных. Точность моделей определяется индивидуальными коэффициентами, адаптивная корректировка которых - конечная цель работы алгоритма. Целевой функцией данных моделей является достижение заданного уровня скоростно-силовых возможностей путем перебора параметров тренировочной нагрузки. К этим параметрам относятся: нагрузка для выбранной мышечной группы, время рабочих периодов в одном тренировочном сете, интервалы отдыха между отдельными повторами одного сета, количество повторов в одном сете, количество сетов в одно тренировочное занятие, интервалы отдыха между отдельными сетами. Для этих целей Граничные значения каждого из параметров выбираются эмпирически на тело занимающегося крепят кардиодатчикиоснове знаний о физиологических закономерностях функционирования двигательной системы, которые а также связываются с центральным компьютером по беспроводному каналуна основе тренировочной практики. В пределах граничных значений осуществляется случайный выбор конкретного значения данного параметра и оценивается реакция мышечной системы, после чего полученная величина сравнивается со значением целевой функции. Затем процесс повторяется. Автоматизированная тренировочная система Использование математических моделей резко сужает варианты перебора, отбрасывая те, которые не укладываются в этом случае будет модель. Многократная итерация этого процесса позволяет довольно точно подбирать нагрузку таким образоминдивидуальные коэффициенты, а возможность точного измерения скоростно-силовых возможностей после выполнения каждого движения заметно ускоряет этот процесс. По вновь и вновь уточняемым моделям прогнозируются параметры будущих тренировочных занятий, чтобы удерживать частоту сердечных сокращений в заданном диапазонекоторые также могут быть скорректированы с учетом текущего функционального состояния мышечной системы.

8.1. Особенности алгоритмов, лежащих в основе работы автоматизированной тренировочной системы нового поколения Идеально функционирующая автоматизированная система управления тренировкой должна включать тренажерные устройства с силовыми приводами, систему датчиков для оценки состояния различных систем организма, программы для развития различных двигательных качеств, а также возможности автоматической коррекции этих программ на основе изменений в функциональном состоянии организма. Последние две задачи решаются с помощью специально разработанных алгоритмов. Как один из возможных путей разработки таких алгоритмов можно предложить использование адаптационных алгоритмов, нашедших широкое применение в кибернетике. Разработка данных алгоритмов вылилась в самостоятельное теоретическое направление под названием «Алгоритмический подход к построению тренировки». В рамках настоящего раздела не представляется возможным в полной мере изложить данный подход. Остановимся лишь на ключевых особенностях работы алгоритмов, заложенных в автоматизированную тренировочную систему нового поколения, о которой шла речь ранее. Костяком данных алгоритмов являются математические модели функционирования двигательной системы: модель срочного ответа на однократное воздействие - наиболее простая модель, не учитывающая факторы, связанные с утомлением; модель отставленного ответа на серию движений - модель локального утомления; долгосрочная модель хронического ответа - наиболее сложная модель, учитывающая большой набор данных. Точность моделей определяется индивидуальными коэффициентами, адаптивная корректировка которых - конечная цель работы алгоритма. Целевой функцией данных моде лей является достижение заданного уровня скоростно-силовых возможностей путем перебора параметров тренировочной нагрузки. К этим параметрам относятся: нагрузка для выбранной мышечной группы, время рабочих периодов в одном тренировочном сете, интервалы отдыха между отдельными повторами одного сета, количество повторов в одном сете, количество сетов в одно тренировочное занятие, интервалы отдыха между отдельными сетами. Граничные значения каждого из параметров выбираются эмпирически на основе знаний о физиологических закономерностях функционирования двигательной системы, а также на основе тренировочной практики. В пределах граничных значений осуществляется случайный выбор конкретного значения данного параметра и оценивается реакция мышечной системы, после чего полученная величина сравнивается со значением целевой функции. Затем процесс повторяется. Использование математических моделей резко сужает варианты перебора, отбрасывая те, которые не укладываются в модель. Многократная итерация этого процесса позволяет довольно точно подбирать индивидуальные коэффициенты, а возможность точного измерения скоростно-силовых возможностей после выполнения каждого движения заметно ускоряет этот процесс. По вновь и вновь уточняемым моделям прогнозируются параметры будущих тренировочных занятий, которые также могут быть скорректированы с учетом текущего функционального состояния мышечной системы. 9. ЗАКЛЮЧЕНИЕ== Заключение ==

Дальнейшие эволюционные тренды в области создания тренажерных устройств лежат в совершенствовании и расширении трех направлений, обусловленных научно-тех-ническим техническим прогрессом: