안녕하세요. 제가 얼마전에 흥미로운 연구를 볼 기회가 있었습니다. 미국 싸이클링 팀의 운영과학을 맡고 있는 분의 발표를 보게 되었는데, 꽤 재미있어서 여기에 그 내용을 요약해봤습니다.
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~
----------------------------------
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 2024년 파리 올림픽에는 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). 최선두 선수가 가장 공기 저항을 많이 받기 때문에 4명의 선수가 로테이션을 돌며 팩을 이끌게 됩니다.
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 다이거트가 트랙 경기전 로드 경기에서 낙차를 하는 바람에 큰 비상이 걸리기도 했는데, 이런 저런 많은 난관들을 결국엔 잘 이겨냈다고 합니다.
https://youtu.be/dEzzza3uKQY?si=I1qg_rhXdVsvzkRf&t=1385
저는 참 재미있게 봤는데 여러분은 어떠셨나요?
PS. 2024 파리 올림픽 2관왕 크리스틴 포크너 선수의 이력도 참 재미있습니다. 한번 보시지요.
https://www.youtube.com/watch?v=lys5B_zf2cU
알라스카 출신으로, 하버드에서 컴퓨터 사이언스를 전공했고, 조정 크루이기도 했습니다. 졸업하고 뉴욕시티에서 일하다가 싸이클링의 재미에 빠져, Full Time 올림픽 싸이클 선수까지 되었다는 스토리입니다. 그저 공부 잘하는 수재로만 알았던 일반인?이 대학교 졸업 이후에 입문한 싸이클링으로 올림픽 2관왕을 하다니요. 더구나 미국 올림픽 팀은 국가 지원이 전혀 없는 데, 그 상황에서의 스토리라 더욱 극적입니다. (자전거가 이렇게 재미있습니다. 여러분 자전거 타세요 ㅎㅎ)
발표 전체 동영상은 아래 유튜브 링크에서 보실 수 있습니다.
{video: https://www.youtube.com/watch?v=dEzzza3uKQY }
흥미로운 이야기 감사합니다. 진짜 과학적으로 접근했군요.
모든 현대 스포츠에서 과학적인 방법을 쓰는데요, 최적화 모델을 개발해서 실제 경기에 사용한 예는 거의 없지 않았나 싶습니다. 그래서 이 연구&발표가 학회에서 상을 받은 것일테구요~ ^^;
너무 재밌네요!! 영화 머니볼도 생각나고, 하버드 출신이 엄청난 신체 능력을 요구하는 사이클링에서 올림픽 금메달을 따기도 한다는 사실이 놀랍기도 하고.
세상이 많이 발전해서 뭘 더 이상 할 수 있을까 싶기도 하지만, 여전히 우리가 할 수 있는 일들은 무궁무진하게 많은 것 같네요. 이런 생소한 분야 이야기를 소개해 주셔서 감사합니다!
스포츠 과학이란 것이 꽤 재미있더라구요~ 정말 한계를 계속 늘리는 일들을 하는 것 같아요~
재밌게 읽었습니다. 저도 자전거 많이 타봤지만 그 다른사람 뒤에 붙어 갈 때 혹은 대회 나가서 공기저항 안받고 큰 팩을 따라갈 때 느낌이 정말 재밌져.
좀 아는 사람들에게는 공기저항 및 선수별 파워커브를 극한으로 이용하는게 당연한것 같지만 그걸 최적화 하는게 꽤 어려운 문제일 것 같긴 한데 흥미롭네요.
좋은 글 써주시고 소개해주셔서 감사드립니다!
앗. 자전거 박사님께서 댓글을 써주셨군요 ^^; 팩 라이딩 하면서 로테이션 하는거 정말 재미있죠. 팩에 인원이 좀 있으면 본인이 얼마 안끌어도 쉴수 있는 시간도 많고요. 정말 재미있는 운동입니다. 실제 발표 한번 보시면 정말로 꽤 어려운 문제인건 맞는것 같아요. 바람저항과 선수별 에너지 모델에 맞춰 최적의 로테이션 플랜을 만드는데 제약 조건들을 어떻게 수학적으로 표현했는지 살펴보면 놀랍더라구요~
너무 재밌게 읽고 너투브도 봤습니다.
한때 OR에 빠지고 인폼즈도 가곤했던 기억이 가물가물/새록새록 하네요 - 연식 나오는건가요? ㅋㅋ
지금도 가끔 Otimization에 관련된 일을 모델링하긴 하지만 이젠 역량 부족이라 ㅠㅠ
이번 생은 이제 AI한테 맡기고 그냥 살랍니다. ㅋㅋ 다시한번 잼난 글에 감사드립니다!
최적화 분야 일을 하시는군요!!! MileHIghCity면 덴버나 볼더 사시는것 같은데 그 쪽 자전거 및 아웃도어 액티비티 인프라가 무척 좋다고 들었습니다. 부러워요!
유튜브 보셔서 아시겠지만 이런 단체추발 로테이션 최적화 문제를 모델링하고, 과거 데이터로 시뮬레이션&Validation하고, 다시 현실 트레이닝 및 전략에 적용하는 것이 정말 State-of-the-Art죠. 흥미롭더라구요!!
재미있는 글 감사합니다.. 예전에 트럭 platooning 관련 프로젝트을 했을때 이 차량들 사이에 공간과 속도를 가지고 공기 저항를 최소화하는 일을 한적이 있는데.. 운동 선수들도 이런 원리를 사용한다는게 신기하네요.. 이거 쇼트트랙에서도 적용가능 하겠네요..
트럭 Platooning이라니, 재미있는 프로젝트를 하셨었네요..
쇼트트랙에서도 이론적으로 가능합니다. 다만 선수들 속도가 얼마나 빠른지는 잘 모르겠어서 실제 효과가 있을지는 미지수네요. 공기 저항이라는 것이 속도에 비례해서 기하급수로 증가하기때문에 낮은 속도에서는 큰 차이를 만들기 어렵거든요.
우와 너무 재밌네요. 글로 공유해주셔서 감사합니다!
재미있게 읽으셨다니 감사합니다~
와우... 나름 OR 전공자로서 소름 돋는 내용이네요. 공유해주셔서 감사합니다.
OR로 할 수 있는 것들이 참 많죠. 스포츠 OR도 매력있는 분야있는 것 같습니다.
와! OR 전공자분들 생각보다 많으시네요. 저도 OR 전공하고 물류 쪽에서 일하고 있는데, 요즘 AI에 많이 밀려서 그렇지 여전히 효과적인 도구라고 생각합니다!
아무리 AI가 좋아져도 결국 OR이라는 툴을 효과적으로 쓸 수 있는건 사람이죠! OR 전공 반갑습니다. ^^;
검색을 해도 찾을 수가 없던데 단체추발이라는 종목은 왜 네명이 출전하는데 세번째 선수 앞바퀴로 기록이 될까요?
그러면 미국처럼 처음부터 리드가 강하지만 피니시까지는 조금 아쉬운 드랍 할 선수를 미리 정하고 나머지 세 선수가 체력을 최대한 아꼈다가 후반부에 리드 선수가 드랍하면 최대출력 스프린트를 한다는 과학적이고 전략적인 접근이 눈에 띄지만 과연 드랍 할 선수를 미리 정하고 하는 시합이라는게 올림픽 정신에 부합하는가 하는 순수(?)한 의문이 들었습니다.
좋아하실지 모르겠지만 AI의 도움을 받아보았습니다.
-------
매우 날카롭고 깊이 있는 질문입니다. 사이클 단체추발(Team Pursuit)의 규칙 속에 숨겨진 공학적 원리와 그를 역이용한 극한의 전술, 그리고 스포츠 정신에 대한 철학적인 고민까지 꿰뚫어 보셨네요.
질문하신 내용을 두 파트로 나누어, 규칙의 존재 이유와 '전략적 드랍'이 올림픽 정신과 어떻게 맞닿아 있는지 저의 생각을 정리해 드립니다.
이 규칙은 '팀워크의 붕괴'를 막으면서도 '최고 속도'를 유도하기 위한 절묘한 장치입니다.
만약 1번째 주자 기록이라면: 팀워크는 필요 없고, 가장 빠른 에이스 한 명만 앞으로 보내고 나머지는 뒤에서 구경만 해도 됩니다. 이는 '단체' 종목의 의미를 퇴색시킵니다.
만약 4번째 주자 기록이라면: 한 명이라도 실수를 하거나 체력이 떨어지면 팀 전체 기록이 망가집니다. 이렇게 되면 팀은 가장 느린 선수의 속도에 맞춰야 하므로, 박진감 넘치는 고속 주행이 불가능해집니다.
그래서 3번째 주자입니다: * 팀의 과반수(4명 중 3명)가 끝까지 함께해야 하므로 팀워크가 필수적입니다.
동시에, 한 명의 선수가 초반에 모든 힘을 쏟아붓고 이탈(Drop)하는 것을 허용함으로써, 팀 전체가 더 공격적인 레이스를 펼칠 수 있게 합니다.
질문자님께서 말씀하신 **"미리 드랍할 선수를 정하고 뛰는 것"**은 현대 사이클에서 거부할 수 없는 정석(특히 미국의 여자팀, 영국의 남자팀 등 강국들의 필수 전략)이 되었습니다. 이것이 과연 정당한가에 대한 저의 생각은 다음과 같습니다.
올림픽 모토인 **"더 빠르게(Citius), 더 높게(Altius), 더 강하게(Fortius) - 다 함께(Communiter)"**의 관점에서 보면 이 전략은 매우 부합합니다.
포기의 관점이 아닌 '극한의 소진': 드랍하는 선수는 경기를 '포기'하는 것이 아니라, 팀을 위해 자신의 에너지 탱크를 0%가 아닌 마이너스가 될 때까지 태워버리는 역할을 맡습니다. 사이클에서는 이를 **'마지막 성냥을 태운다'**라고 표현합니다. 결승선까지 갈 힘을 남겨두는 것보다, 도중에 쓰러질지언정 앞에서 바람을 막아주는 것이 훨씬 고통스럽고 숭고한 희생으로 여겨집니다.
분업화된 팀워크: 축구에서 골키퍼가 공격을 하지 않는다고 비난하지 않듯, 사이클에서도 '스타터(초반 가속 담당)'와 '피니셔(지구력 담당)'의 역할을 나눈 것으로 볼 수 있습니다. 각자의 장점을 극대화해 '팀의 승리'라는 하나의 목표를 향해 달리는 것은 **"다 함께(Communiter)"**라는 가치와 일치합니다.
인간 한계의 확장: 이 전략 덕분에 인류는 자전거로 낼 수 있는 속도의 한계를 갱신해 왔습니다. 과학적 접근을 통해 인간의 능력을 최대치로 끌어올리는 것 또한 스포츠의 중요한 가치 중 하나입니다.
그럼에도 불구하고 질문자님의 "순수한 의문"은 매우 타당합니다.
기계적인 계산: 선수를 마치 우주선 발사체(1단 로켓)처럼 쓰고 버리는 느낌을 지울 수 없습니다. "네 명의 선수가 함께 땀 흘리며 결승선을 통과하는 그림"을 기대하는 관중에게는 다소 차갑고 계산적인 비즈니스처럼 보일 수 있습니다.
완주의 가치: 올림픽의 또 다른 중요한 가치는 '완주'입니다. 전략적 드랍은 의도적으로 완주를 포기한다는 점에서, "참가하는 것에 의의가 있다"는 쿠베르탱의 초기 정신과는 다소 거리가 있어 보일 수 있습니다.
저는 이 전략이 **"현대 스포츠가 '낭만'에서 '과학'으로 진화하는 과정에서 필연적으로 나타난 결과"**라고 생각합니다.
드랍하는 선수가 편하게 쉬기 위해 빠지는 것이 아니라, 팀원들을 위해 공기 저항이라는 거대한 벽을 홀로 받아내고 장렬히 산화하는 것이기에, 사이클 팬들은 그 선수의 이탈을 보며 비겁함이 아닌 전율을 느낍니다.
따라서 형식적으로는 '완주 포기'처럼 보일지라도, 그 내면에는 가장 극적인 형태의 협동심과 희생정신이 담겨 있기에 올림픽 정신에 부합한다고 볼 수 있지 않을까요?
댓글 [18]