Sensor System for Padel/Tennis Racket: Acquiring and Analysing Performance Data for Enhanced Gameplay

Abstract

Wearables have become a key focus in technology, particularly in entertainment, healthcare and sports, largely driven by advances in microelectronics and functional materials. In sports, these devices allow real-time performance tracking, helping athletes improve their results. However, the lack of wearable technology research in padel and tennis highlights the need to develop solutions that can measure parameters such as hand position and strength. This work aims to develop an innovative smart grip for padel and tennis rackets, designed to gather data on the player’s grip, offering insights for performance optimization. Three different grip prototypes were fabricated using different functional materials: 1) paper with Velostat, 2) cork with Velostat and 3) paper with hydrogel. Each grip was tested in a pressure machine and through player interface evaluations. The paper with Velostat grip, with silver screen-printed electrodes and Velostat as the piezoresistive material, maintained consistent output under prolonged force and repeatable output signals during fast force cycles, demonstrating strong potential for this application. The sensor’s sensibility is (-1 ± 0.5) MPa-1 for low pressures and (-1 ± 0.2) MPa-1 for high pressures . The paper substrate exhibited wear after testing. The cork with Velostat grip, designed to improve durability, provided clear force discrimination in machine tests and consistent output signals under prolonged force and fast force cycles. During player-interface evaluations, the sensor demonstrated limited responsiveness. However, retesting with a 1 kΩ bias resistor, improved its performance, resulting in more noticeable voltage changes and, hence, better sensitivity. The paper with hydrogel grip, an eco-friendlier option, utilized hydrogel droplets as the active material. This grip responded to distinct force values, demonstrating a sensibility of (-9 ± 1) MPa-1 for low pressures and (-4± 0.4) MPa-1 for high pressures. Although it exhibited slower recovery times under sustained force, its responsiveness to fast force cycles highlights its potential for dynamic performance monitoring. Overall, the cork with Velostat grip emerged as the most viable option, delivering exceptional performance and durability throughout testing. With further research, this innovation stands to revolutionize the wearable industry in padel and tennis, offering a unique level of insight into the player’s performance.

Os wearables tornaram-se um foco principal na tecnologia, particularmente no entretenimento, na saúde e no desporto, impulsionados principalmente pelos avanços na microeletrónica e materiais funcionais. No desporto, estes dispositivos permitem a monitorização do desempenho do atleta em tempo real, melhorando, assim, os seus resultados. No entanto, a falta de investigação em tecnologia wearable no padel e no ténis destaca a necessidade de desenvolver soluções que possam medir parâmetros como a posição e a força de preensão manual. Este trabalho visa desenvolver uma smart grip inovadora para raquetes de padel e ténis, projetada para recolher dados sobre a mão do jogador e fornecer informações relevantes para a otimização do seu desempenho. Foram fabricados três protótipos diferentes de grips, utilizando diferentes materiais funcionais: 1) papel com Velostat, 2) cortiça com Velostat e 3) papel com hidrogel. Cada grip foi testada numa máquina de pressão e por jogadores, imitando uma experiência em ambiente real. A grip de papel com Velostat, produzida com elétrodos impressos em prata e utilizando Velostat como material piezoresistivo, manteve um sinal de saída consistente sob força prolongada e apresentou sinais de saída iguais durante os ciclos de força rápidos, demonstrando um forte potencial para esta aplicação. A sensibilidade do sensor é de (-1 ± 0,5) MPa-1 para baixas pressões e (-1 ± 0,2) MPa-1 para altas pressões. O substrato de papel apresentou desgaste após os testes. A grip de cortiça com Velostat, projetada para melhorar a durabilidade, diferenciou níveis de força distintos nos testes da máquina de pressão, mantendo sinais de saída consistentes sob força prolongada e ciclos de força rápidos. Durante os testes com os jogadores, o sensor demonstrou uma capacidade de resposta limitada. No entanto, ao testar novamente a grip com uma resistência auxiliar de 1 kΩ, o seu desempenho melhorou, resultando em alterações de tensão mais percetíveis e, consequentemente, numa melhor sensibilidade. Para uma opção mais sustentável, produziu-se uma grip de papel com hidrogel, onde gotas de hidrogel funcionaram como material ativo. Esta grip respondeu a valores de força distintos, demonstrando uma sensibilidade de (-9 ± 1) MPa-1 para pressões baixas e (-4 ± 0,4) MPa-1 para pressões altas. Embora tenha apresentado tempos de recuperação mais lentos sob força prolongada, a sua capacidade de resposta a ciclos de força rápida destaca o seu potencial para monitorização de desempenho dinâmico. Em suma, a grip de cortiça com Velostat surgiu como melhor opção, apresentando desempenho e durabilidade excecionais durante os testes. Estas smart grips inovadoras tem o potencial de revolucionar a indústria de wearables no padel e no ténis, oferecendo um nível único de perceção sobre o desempenho do jogador.