안녕하세요. 제가 얼마전에 흥미로운 연구를 볼 기회가 있었습니다. 미국 싸이클링 팀의 운영과학을 맡고 있는 분의 발표를 보게 되었는데, 꽤 재미있어서 여기에 그 내용을 요약해봤습니다. 

발표 전체 동영상은 아래 유튜브 링크에서 보실 수 있습니다. 

{video: https://www.youtube.com/watch?v=dEzzza3uKQY }​

사족: 이 연구를 하신 분은 운영과학 (Operations Research) Ph.D.를 받고, 아마존에서 (고연봉으로) 연구 하시던 분인데, USA Cycling 합류할때 고민을 많이 하셨다고 합니다. 전화통화에서 "연봉이 얼마냐?"라고 물었는데 "얼마 안돼"라는 답변을 듣고 말이죠. 하지만 본인이 좋아하는 일을 하기 위해 합류하셨다고 하네요~ 

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Introducing the project 4:05

과학적인 방법 (Operations Research, Mathematical Optimization, AI, Data Science, and Analytics)으로 미국 여자 트랙 싸이클링팀을 금메달에 오르게 한 Project 4:05를 소개합니다.

USA Cycling 소개

USA Cycling은 6개의 올림픽 자전거 종목을 관리하는 국가 체육 단체입니다. 

올림픽 메달 수를 보면 트랙종목이 50%가 넘는36개의 메달을 가져가기 때문에 트랙부터 새로운 과학적인 방법을 도입했습니다.

미국 여자 싸이클링 단체추발은 2023년 월드 챔피언십에서 4분 12.684초로 6위를 차지했는데, 이는 메달권에서 불과 0.159초 뒤진 성적이었습니다.

뉴질랜드와 영국이 압도적인 1~2위이며, 그 뒤를 이탈리아, 오스트리아, 프랑스, 캐나다등이 따르고 있습니다. 

미국 여자 단체 추발은 2023년 세계 랭킹 8위였으며, 메달권에서 불과 0.159초 모자라지만 향후 포디엄에 오를 확률은 10%가 채 안되었다고 합니다. 

데이터분석에 의하여 파리 올림픽에서는 금메달 4분 5초라는 야심찬 기록을 목표로 설정하였으며, 이를 위해선 전략적인 자원배분이 필요했습니다.

단체 추발 종목은 4km의 거리를 60km/h가 넘는 속도로 달리게 되며, 4명의 선수가 출발하고, 그 중 3명은 반드시 완주하여야 합니다. (전략적 드랍이라는 기회가 생김). 각 선수의 전략적 로테이션 방법, 각 선수가 끄는 거리 및 시간, 그리고 최적의 속도 및 주행 라인등이 경기의 성과를 결정할 것입니다. 

(두번째 선수는 첫번째 선수의 74% 공기 저항을 받네요. 흥미로운건 4번째 선수 (61%) 가 3번째 선수 (59%) 보다 공기저항을 살짝 더 받는군요.) 

각 선수는 고유의 FRC (Functional Reserve Capacity, 전체 보유 에너지량 및 에너지 소진/회복 속도 특성 커브)를 가집니다. 이는 로테이션 플래닝에 있어서 핵심적인 역할을 합니다. 

금메달을 향한 전략 개요입니다.  입력 변수 (벨로드롬 컨디션, 과거 기록, 장비 혁신, 라이더 정보) -> 머신 러닝 기법을 이용한 목표 완주 시간 설정. 1: 레이스 전략 정수 계획 모델 (레이싱 Rules, 물리적 조건 (파워, 에어로, 드래프팅 효과등), 생리학적 조건 (에너지 밸런스, 피로/회복 Rates), 2: 최적 라이더 조건 시뮬레이션 모델 (CdA, CP20, FRC, Pmax 메트릭 조절, 레이스 타임 평가, 코치 Evaluation). 3: 선수 선정 프로세스 (메트릭 트래킹, z-Score 분석, 최적 레이스 타임 평가), 4: 경기 당일 최적화 (선수 순서, 로테이션 타이밍, 4번선수 드랍 여부 및 타이밍, 랩 속도 및 파워분석). 

최적의 로테이션을 하기 위해 정수 계획법이라는 최적화 모델을 만들었습니다. 

그리고 각 선수들의 메트릭을 분석했습니다.  

1. 공기저항계수: 메달권 <0.170, 금메달 <0.168

2. FRC (에너지 kJ): 메달권 > 17.5, 금메달 > 18.0

3. 20분 크리티컬 파워: 메달권 >305w, 금메달 >310

4. 최대 파워: 메달권 > 1050, 금메달 >1100

(발표자가 선수 이름 실수했네요. 크리스틴 폴크너 <-> 릴리 윌리엄스 선수 이름이 바뀌었습니다. ㅋㅋㅋ) 이건 나중에 수정되었더라구요.  

그리고 선수별 트레이닝과 에어로다이나믹스 최적화도 실행했습니다. 

이 모든 연구&분석&트레이닝에 따른 최적 실행 계획이 수립되었습니다. 

1. 제니퍼 발렌테 선수가 선두주자로 나서 최대한 길게 끕니다. 

2. 제니퍼는 2번째 Long Pull Effort후에 드랍을 하게 됩니다. 

3. 경기 초반엔 에어로다이나믹에 집중합니다. 

4. 경쟁자보다 더 많은 수의 로테이션을 합니다. 

5. 각각의 라이더마다 최적의 Pull 시간을 적용합니다. 

선수별 로테이션 계획을 조금 더 자세히 보면 이렇습니다. 

1. 4명 출전 선수의 총 보유 에너지량과 소진/회복 속도가 다르기때문에 그에 맞춰 최적의 로테이션 계획을 세움.

2. 1번 선수 (출발시 선두, 강한 순간 파워를 낼 수 있고, 총 보유 에너지 량이 많음)는 뉴질랜드 1번 선수보다 반바퀴를 더 끌고, 맨 뒷자리로 이동. 그리고 2000m~2250m에서 다시 한번 선두 자리에서 끌고 드랍. 초반 가속력이 좋기때문에 팩의 속도가 빠름. 전반부는 초기 가속과 에어로다이내믹스에 집중.

3. 후반부에는 1번 선수를 드랍시키고, 나머지 3명이 빠른 로테이션을 돌며 전반부에 아낀 체력을 방출. 전반부에 만든 리드를 어떻게든 유지하는것이 목적.

결과는 파리 올림픽에서 4분 4.306초로 미국 신기록을 세우며 금메달. 이는 미국 여자 단체 추발 경기에서 첫 금메달이며 세계 랭킹 1&2위인 뉴질랜드와 영국을 이긴 것입니다. 

에어로 자세에서 0.7초, 선수 선별에서 2.1초, 과학적인 트레이닝으로 2.2초, 그리고 최적화된 로테이션으로 1.918초를 단축할 수 있었습니다. 

미국 올림픽 대표팀은 국가 지원금이 전혀 없이 기부금만으로 운영되며, 이는 국가적 지원을 받는 영국 및 뉴질랜드 팀 예산의 1/3도 안되는 어려운 상황을 만들었습니다. 하지만, 운영 과학 Operations Research, 데이터 기반 트레이닝으로 이를 극복 할 수 있었습니다.

다음은 짧은 경기 요약 동영상인데 살짝 감동적이기도 합니다. 클로이 다이커트가 트랙 경기전 로드 경기에서 낙차를 하는 바람에 큰 비상이 걸리기도 했는데, 이런 저런 많은 난관들을 결국엔 잘 이겨냈다고 합니다. 

{video: https://youtu.be/dEzzza3uKQY?si=I1qg_rhXdVsvzkRf&t=1385 }​

저는 참 재미있게 봤는데 여러분은 어떠셨나요?