mini|Head Tennisschläger Sports engineering ist eine Teildisziplin des Ingenieurwesens, die mithilfe von Mathematik und anderen wissenschaftlichen Disziplinen Technologien, Ausrüstung und andere sportbezogene Ressourcen entwickelt. Für die Bezeichnung Sports Engineering wird gelegentlich auch Sporttechnologie oder Sporttechnik als Synonym verwendet, wobei letzteres eher als größeres Konzept zu verstehen ist. Sports Engineering ist eine interdisziplinäre Wissenschaft, die Forschung, Design, Entwicklung und Anwendungen im Sport umfasst. Es kombiniert das Wissen aus beispielsweise Ingenieurwesen und Physik, um positiv auf Leistung und Sicherheit der Athleten einzuwirken und die Bewegungen des menschlichen Körpers zu verstehen. Das Fachgebiet umschließt eine breite Palette von Produkten und Systemen, wie beispielsweise Sportartikel einschließlich Ausrüstung, Schutzausrüstung, Bekleidung, Schuhwerk, Mobilitätshilfen und tragbare Sensoren. Es deckt zudem Sportanlagen, Technologien für die Schiedsrichtertätigkeit und die Regelauslegung sowie Instrumente zur Leistungsüberwachung und zum Training ab. Zusammen bilden diese Technologien ein integriertes Ökosystem, das die Teilnahme von Sportlern, Wettkämpfe, Leistungen und Sicherheit unterstützt.
Sports Engineering entstand ursprünglich aus Isaac Newtons Beobachtung eines Tennisballs. Mitte des 20. Jahrhunderts gehörte Howard Head zu den ersten Erfindern, die ingenieurwissenschaftliche Prinzipien zur Verbesserung von Sportausrüstung anwandten. Um die Innovationen auf diesem Gebiet zu präsentieren, wurden die internationale Konferenz für Sports Engineering und die Fachzeitschrift Sports Engineering ins Leben gerufen.
Dieses Fachgebiet erfordert Kenntnisse in einer Vielzahl von ingenieurwissenschaftlichen Themenbereichen, darunter Physik, Maschinenbau, Biomechanik, Werkstoffkunde und Computer-Engineering. Viele Fachleute verfügen über Abschlüsse in diesen Fachgebieten und nicht speziell in Sports Engineering. Spezifische Studiengänge im Bereich Sports Engineering und Sporttechnologie werden in den USA, Mitteleuropa und im asiatisch-pazifischen Raum sowohl auf Bachelor- als auch auf Master-Ebene immer häufiger angeboten.
Was die Materialien betrifft, spiegelt das Fachgebiet die große Vielfalt an Produkten und Einrichtungen wider. Von „reinen“ Metallen und Polymeren bis hin zu Verbundwerkstoffen und natürlichen Materialien ist ein breites Spektrum vertreten. Sports Engineers werden daher darauf geschult, sich an die spezifischen Anforderungen des jeweiligen Fachgebiets anzupassen. Dies ermöglicht es nicht nur, geeignete Technologien in verschiedene Anwendungen zu integrieren, sondern auch die Materialauswahl und die Prozesse zu verbessern, um das Zusammenspiel zwischen Sportler und Ausrüstung, die Sicherheit und die Leistung zu optimieren.
History Eines der frühesten Beispiele für die Anwendung wissenschaftlicher Prinzipien im Sport fand 1671 statt, als der englische Mathematiker Isaac Newton einen Brief an den deutschen Theologen und Naturphilosophen Henry Oldenburg schrieb, in dem es um die Flugmechanik eines Tennisballs ging. In den folgenden Jahrhunderten untersuchte der deutsche Wissenschaftler Heinrich Gustav Magnus Newtons Analyse weiter und wandte Newtons Theorien auf die Dralleigenschaften von Bällen an. Um 1760, mitten in der industriellen Revolution, wurde die Sporttechnologie mit der zunehmenden Fertigung von Sportgeräten weiter vorangetrieben. In dieser Phase erkannten die Hersteller, dass steigende Verkaufszahlen in direktem Zusammenhang mit einer besseren Qualität der Ausrüstung standen. Infolgedessen begannen Experimente zur Erforschung neuer Designs und Materialien für eine verbesserte sportliche Leistung.
In der Neuzeit wandten Sportingenieure wie Howard Head ingenieurwissenschaftliche Prinzipien auf Sportausrüstung an. Nachdem Head festgestellt hatte, dass herkömmliche Skier zu schwer waren, entwickelte er 1947 leichtere, flexiblere Skier. Er nutzte sein Wissen aus der Luftfahrtindustrie, um Skier mit einer Metall-Sandwich-Konstruktion zu entwickeln. Nach 40 Entwicklungsiterationen und drei Jahren brachte er seine Skier auf den Markt, und sie setzten bald den Standard für Skier. Heute sind seine Skier unter der Marke Head, mit Head Sportswear International und der Head Ski Company, weithin bekannt und anerkannt. Head entwickelte außerdem den Prince Classic-Tennisschläger. Er schuf ein deutlich leichteres Design mit einem größeren Rahmen, der auch nicht mittig getroffene Bälle abfederte, und einem Griff, der sich in den Händen der Spieler nicht verdrehte. Wie schon seine Skier wurden auch Heads überdimensionierte Schläger von Spitzensportlern dieser Disziplin begeistert angenommen.
Im Jahr 1998 wurde die International Sports Engineering Association (ISEA) gegründet und die Fachzeitschrift Sports Engineering ins Leben gerufen. Im Jahr 1999 organisierte Steve Haake die erste internationale Konferenz zum Thema Sportingenieurwesen unter dem Titel The International Conference on the Engineering of Sports in Sheffield, England. Die Konferenz bringt weltweit führende Forscher, Sportfachleute und Branchenverbände zusammen, um das Fachgebiet zu würdigen und Innovationen sowohl in der Forschung als auch in der Industrie zu präsentieren.
Sports Engineering hat sich zu einem wichtigen Teilgebiet der modernen Ingenieurwissenschaften entwickelt. Die Optimierung der Interaktion zwischen Sportler und Ausrüstung sowie die Bedeutung der Technologie für Sicherheit und Leistung – und damit für den Erfolg – haben seitdem stetig zugenommen. Ein sehr prominentes Beispiel hierfür ist der „Speedo LZR Racer“, ein Schwimmanzug, der in Zusammenarbeit mit Forschern und Ingenieuren der NASA entwickelt und 2015 auf den Markt gebracht wurde. Sportingenieure testeten verschiedene Materialien und Beschichtungen im Windkanal, um den Luftwiderstand zu verringern, und optimierten Stabilität und Beweglichkeit durch den Einsatz von Schicht- und Schweißtechniken, die speziell auf bestimmte Körperteile abgestimmt waren. Der LZR Racer konnte den Hautreibungswiderstand im Vergleich zu Speedos bisher fortschrittlichstem Anzug um 24 % reduzieren, was zu mehreren neuen Weltrekorden führte. Erfindungen wie diese zeigen die Sporttechnik als ein Feld voller Potenzial und haben sie als Disziplin mit sehr greifbaren Entwicklungen populär gemacht.
Wissenschaftliche Disziplin Teilgebiete der Sporttechnologie Sports Engineering vereint Inhalte sowohl aus dem Ingenieurwesen als auch aus den Sportwissenschaften. Dementsprechend umfassen Studiengänge im Bereich Sporttechnologie einerseits ingenieurwissenschaftliche Fächer wie Physik, Technische Mechanik, Aerodynamik und Werkstoffkunde und andererseits sportwissenschaftliche Fächer wie Physiologie, Anatomie oder Trainingslehre. Dazwischen gibt es einige interdisziplinäre Fächer wie Biomechanik oder intelligente Geräte im Sport, die sich nicht eindeutig dem einen oder anderen Bereich zuordnen lassen.
Biomechanik
mini|Beispiel einer Aufgabenstellung in der Biomechanik Biomechanik ist eine wissenschaftliche Disziplin, die die mechanischen Prinzipien in lebenden Organismen untersucht. Der Fokus liegt dabei auf den Kräften, die auf einen menschlichen Körper wirken, und deren Auswirkungen auf Bewegungsabläufe und biologische Funktion. Sie verwendet Konzepte der Mechanik, also der Kinematik, Kinetik und Dynamik, und versucht das Zusammenspiel und den Einfluss von internen und externen Kräften in Bewegung zu verstehen. Zu diesem Zweck werden unterschiedliche Messmethoden, wie Motion Capture, und Analysemethoden, wie Inverse Dynamics, eingesetzt, die dazu beitragen, die Bewegung zu quantifizieren und die Interaktion des Athleten mit Umwelt und Ausrüstung zu untersuchen. Die Biomechanik selbst greift auf Fachgebiete wie Medizin, Ingenieurwesen und Sportwissenschaften zurück. Dementsprechend ist es von besonderer Bedeutung in der Sporttechnologie. Durch die Betrachtung des Zusammenspiels zwischen Athlet und Umwelt kann die Biomechanik unterstützend auf Design und Optimierung von Leistung, Sicherheit und Verletzungsprävention einwirken.
Werkstoffkunde Werkstoffe und die Materialauswahl für sportbezogene Güter verlangen nach gewissenhafter Auswertung von Regularien und Anforderungen, sobald ein Gerät oder eine Sportstätte in Benutzung ist. Dabei sind Materialien einer der bestimmenden Faktoren von Performance und dementsprechend Bekanntheit, Erfolg und Geld. Dementsprechend muss in der Materialauswahl das Gleichgewicht zwischen optimierten Produktparametern und Strukturen mit Kosteneffizienz gehalten werden. Aufgrund von Werkstoffen können revolutionäre Ergebnisse erzielt werden und in einigen Bereichen ist nach wie vor Raum für Verbesserung, wie beispielsweise im paralympischen Sport.
Begutachtet man die Studienprogramme an Universitäten, so ähneln die Kurse auf diesem Fachgebiet oft anderen Ingenieurwissenschaften. Der Fokus liegt jedoch eher auf sehr spezifischen Anforderungen der Sportprodukte. Weitere Informationen können üblicherweise den Modulhandbüchern der jeweiligen Universität entnommen werden.
Computermodellierung Computermodellierung (Computational modeling) kommt in sämtlichen ingenieurwissenschaftlichen Teildisziplinen vor. Es ermöglicht Ingenieuren, das Verhalten von Objekten nachzustellen, zu simulieren und zu analysieren, ohne es physisch nachzubauen. Aus diesem Grund ist es speziell für die Anwendung im Sport nützlich.mini|300px|FEA eines Fahrradrahmens Die Fluiddynamik (CFD) kann dafür verwendet werden, die Strömung in Medien wie Wasser oder Luft zu untersuchen. Dementsprechend kann es für aerodynamische Fragestellungen beim Radfahren, zum Beispiel zu unterschiedlichen Körperpositionen, angewendet werden. Diese Information trägt zum Verständnis von Geschwindigkeit und Ermüdung des Fahrers bei. Weiterhin können Strömungsmuster im Skifliegen oder Schwimmen vorkommen, deren Erforschung relevant für den Athleten ist.
Rechnerunterstützes Konstruieren (CAD) und Finite-Elemente-Analyse (FEA) erlauben es, Ausrüstung zu konstruieren und virtuell zu testen. FEA ist ein Werkzeug zur Modellierung, mithilfe dessen Kräfte und Lagerungen auf ein System angewendet werden. Dadurch kann es Ingenieure unterstützen, verschiedene Spannungszustände in einem Objekt zu erzeugen und dessen Stärken und Schwächen zu analysieren. Im Kontext Sport kann dies zum Beispiel das Auftreffen eines Balls auf einem Tennisschläger oder die Verformungen eines Fußballs bedeuten. Dies trägt nicht nur zur Leistungssteigerung durch die Ausrüstung, sondern auch zur Sicherheit und Versagensprävention bei.
Wissenschaftlicher Karriereweg Sports engineering ist in den USA oft Teil des Bachelor-Angebots der Ingenieurwissenschaften. Im Master, jedoch, werden eher interdisziplinäre Herangehensweisen, wie das Sports Lab am MIT und das Biosports Lab an der UC Davis. In einzelnen Fällen wird jedoch auch der Fokus auf dieses Fachgebiet gelegt, wie an der Purdue Universität.
Ausführlichere Studienprogramme sind eher im Vereinigten Königreich angesiedelt. Die Sports Engineering Research Group in der Sheffield Hallam University – der Heimat von Sports Engineering als eigenständige Disziplin – und die Loughborough University bieten ein 1-jähriges Vollzeitstudium an. Die Universität von Nottingham bietet ein dreijähriges Backelor-Studium in Vollzeit an, welches auf die Bedürfnisse von Firmen abgestimmt ist und viele Aktivitäten auf dem Campus bietet.
Weiterhin wird diese Studienrichtung an verschiedenen Orten in Zentraleuropa angeboten. Dazu zählen zum Beispiel Programme der Universitäten Wien, Bayreuth und Magdeburg, sowie Delft und Aalborg. Darüber hinaus gibt es einzelne Standorte in Japan, Australien, Neuseeland und Kanada. Eine ausführliche Liste der Kursprogramme bietet die International Sports Engineering Association (ISEA).