Instrumentet ligner en spikerpistol, suser som en hårføner, og blinker frenetisk som et discolys på speed. Men vi er verken på en byggeplass, frisørsalong eller nattklubb. Vi er hos Olympiatoppen i Oslo der Knut Erik Teigen Giljarhus skanner kroppen til den lovende alpinisten Kajsa Vickhoff Lie. Målet er å samle inn data for å skape en geometrisk digital tvilling for datasimuleringer av luftmotstand.
– Dette var spennende, sier Kajsa Vickhoff Lie etter at skanningen er ferdig.
Siden hun driver med fartsdisipliner, der aerodynamikk spiller en sentral rolle, er det en selvfølge for henne å være med på alt som gjør henne til en bedre alpinist. Og det å bli skannet hjemme i Oslo, i stedet for å måtte reise langt, for deretter stå en hel dag i samme posisjon i en vindtunell, var mye mindre slitsomt.
– Det er ganske vilt at de etter kun tre runder rundt meg, kan lage en 3D-versjon på skjermen. Fordelen er at nå trenger de ikke meg lenger, sier hun idet hun etter den korte sesjonen foran skanneren kan gå tilbake til ny treningsøkt.
Skaper datatvilling
– Skanneren bruker strukturert lys, som betyr at den sender ut lys i et bestemt mønster mens den tar 16 bilder i sekundet fra flere vinkler, forklarer Giljarhus, som er førsteamanuensis ved Universitetet i Stavanger (UiS).
Han er i Oslo fordi han, ved siden av universitetsjobben, har startet Nabla Flow sammen med Luca Oggiano. Til daglig utvikler de verktøy for å simulere turbulens og vindstrømmer i bymiljø, men i dag er de i hovedstaden med ansvar for skanning og kommende datasimuleringer av et OL-håp.
Etter skanningen sys bildene sammen i programvaren til en 3D-modell av Kajsa med oppløsning ned til 0,5 mm. 3D-skannen inneholder 2-3 GB med data, men den ferdige 3D-modellen som skal brukes i simuleringene, vil være på 100 MB. Den vil bestå av cirka 1 million punkt. Ved å legge på et virtuelt skjelett kan posisjonen enkelt endres uten å måtte skannes på nytt. Dette er samme teknologi som brukes til å lage animasjonsfilmer.
Kombinere digitale og analoge målinger
Skanningen er del av Olympiatoppens prosjekt AERO2022, der målet er å forbedre aerodynamikken for flere idrettsgrener fram mot Vinter-OL i Beijing 2022.
– Å forstå luftmotstand innen alpint, har vært et viktig prosjekt helt siden 2011. Vi har gjort standardprosedyrer i vindtuneller, men det er begrenset hvor mange posisjoner vi får testet ut. Testingen tar tid, og nøyaktigheten er begrenset siden utøveren ikke greier å stå i nøyaktig samme posisjon to ganger på rad, sier Robert Reid, sports science ansvarlig i alpint for Norges skiforbund.
.jpg)
Det er derfor idretten ønsker å entre cfd-verdenen (computation fluid dynamics). De vil bruke datasimuleringer i tillegg til data innhentet fra vindtuneller fra den som står hos NTNU i Trondheim, eller den langt større til Politecnico di Milano. Slik blir det mulig å teste ut langt flere simuleringer enn det en travel toppidrettsutøver ville fått tid til mellom trening, sponsoroppdrag, konkurranser og hvile.
Men siden Olympiatoppens idrettsutøvere ikke driver med e-sport, må de digitale resultatene fra datasimuleringene kontrolleres opp mot en «fasit» fra vindtunellen. Kajsa har allerede blitt målt i vindtunellen i Trondheim, som simulerer en hastighet på 90 km/t, og den i Milano som simulerer en hastighet på 150 km/t.
– Det blir ikke enten eller, men en kombinasjon av datasimuleringer og vindtunelltesting i framtida, sier Reid.
Finne best stilling
Oggiano og Giljarhus i Nabla Flow studerte sammen på NTNU, der Oggiano fortsatt har en 20 prosents stilling relatert til vindtunellforsøk innen aerodynamikk for idretten med utvikling av utstyr til proffsykkellaget Team INEOS. Giljarhus forsker blant annet på turbulens ved UiS, der han også veileder mastergradsstudenter innen emnet. Ei av dem er Mona Nakhostin som nylig fullførte sin mastergrad innen marin og offshoreteknologi. Hennes testing av turbulensmodeller, som er relevant for rørledninger og offshore vindturbiner, danner også grunnlaget for datasimuleringene av Kajsa.
Datasimuleringer er nyttige supplement til vindtunelltesting
Knut Erik Teigen Giljarhus
– Datasimuleringer er nyttige supplement til vindtunelltesting. Her kan vi regne ut hastighetsfeltet rundt utøveren. Det gir oss innsikt i hvordan luftmotstanden kan reduseres, sier Giljarhus.
Noe man håper datasimuleringene vil avdekke, er hva som er de ideelle posisjonene, for eksempel når Kajsa suser utfor i hockeystilling. Hvordan skal armene plasseres? Hva er best vinkel for knærne?
– Kanskje finner vi ut at det ikke finnes en ideell stilling, men at det varierer fra person til person, sier Giljarhus.
Aktuelt for flere idretter
Erfaringene Olympiatoppen får fra dette forsøket, kan overføres til flere idretter enn alpint.
– Det er nærliggende å se på hopp i neste omgang, og muligens skøyter, sier prosjektleder Ola Elfmark som er tilknyttet både NTNU og Olympiatoppen.
Hans hovedoppgave er å koordinere forskningen og finne de røde trådene mellom de ulike idrettene. Erfaringene fra dette simuleringsforsøket, tror Elfmark kan heve kunnskapen rundt aerodynamikk, men også videreutvikle utstyret, som for eksempel til alpindrakter med bedre aerodynamiske evner.
Nyttig flere steder
Men turbulensforskning kan brukes til mer enn fartsfylte vinteridretter.
– Sykkelsporten har holdt på med vindtuneller og simuleringer lenge, men denne metodikken for å finne optimale posisjoner er ny, sier Oggiano.
Til daglig jobber han og Giljarhus med vindsimuleringer. Et eksempel er skanning og simulering av uteområdet rundt universitetet for å finne områder som egner seg best for Future Energy Hubs uttesting av urbane vindturbiner.
– Med enklere verktøy for å gjøre slike simuleringer, kan for eksempel arkitekter selv avdekke områdene i en by som egner seg for å sette ut benker, der folk kan kose seg i sola uten å sjeneres av vind, sier Giljarhus.
Men nå er det Kajsa Vickhoff Lies digitale tvilling som troner øverst på timeplanen. Håpet er at datasimuleringer med den digitale tvillingen kan bidra til å gi oss et enda større gullhåp slik at det blir hennes analoge jeg som troner øverst på pallen i 2022.
