競賽場(chǎng)上，0.01秒或者0.01米的優(yōu)勢，都能決定冠軍的歸屬。身處金字塔尖的運動(dòng)員，若想取得傲人的成績(jì)，自身的努力固然非常重要，科技創(chuàng )新的力量也不容忽視?？萍技映窒?，不僅能提高其備戰訓練水平，更能在賽場(chǎng)上獲得事半功倍的效果。

圖為北京科技周活動(dòng)主場(chǎng)室內主題展區中展出的高性能多功能冬奧服裝服飾。 新華社記者 任超 攝

那么，在科技日新月異的今日，有哪些高科技能助運動(dòng)員一臂之力？這正是“科技冬奧”重點(diǎn)專(zhuān)項攻關(guān)的重要內容。

跳臺滑雪項目中，教練員可通過(guò)人工智能輔助系統實(shí)現對運動(dòng)員運動(dòng)過(guò)程的三維捕捉分析。圖為虛擬數字人在起跳時(shí)的核心生物力學(xué)指標展示。（上海體育學(xué)院供圖）

從比賽裝備，到科學(xué)訓練、技能優(yōu)化，再到氣象、醫療等全方位保障……如今，一項項“黑科技”正在或即將運用于我國冬季運動(dòng)項目的訓練、比賽中，助力運動(dòng)員在冰雪賽場(chǎng)上更快、更強。

運動(dòng)裝備自主研發(fā)的最佳姿態(tài)速滑服比海外采購的減阻超11%

東京奧運會(huì )上，81公斤級舉重冠軍呂小軍腳下暗藏高科技的金色戰靴，受到廣泛關(guān)注。

事實(shí)上，運動(dòng)裝備是影響運動(dòng)員成績(jì)的一個(gè)重要因素，這在冬奧會(huì )中體現更為明顯。近年來(lái)，在競技場(chǎng)上，運動(dòng)裝備的科技含量越來(lái)越高。

“競速類(lèi)比賽中，0.01秒就可以決定一塊金牌的歸屬，這0.01秒的差距也許就來(lái)自服裝和裝備?！北本┓b學(xué)院主攻功能服裝研究的劉莉教授說(shuō)。同時(shí)，她也是國家冬季運動(dòng)服裝裝備研發(fā)中心的主任，“科技冬奧”重點(diǎn)專(zhuān)項“冬季運動(dòng)與訓練比賽高性能服裝研發(fā)關(guān)鍵技術(shù)”項目的負責人。

該項目由北京服裝學(xué)院團隊牽頭，6所高校、4個(gè)企業(yè)聯(lián)合攻關(guān)，實(shí)現競速類(lèi)項目服裝、防護材料及裝備、耐低溫保障材料和技巧類(lèi)項目服裝四類(lèi)產(chǎn)品創(chuàng )新。

8月19日，記者聯(lián)系到劉莉時(shí)，她和團隊成員正在中國速滑隊訓練基地，準備給運動(dòng)員試穿“戰袍”樣衣。

據介紹，速度滑冰等競速類(lèi)比賽追求“快”，所以服裝要考慮風(fēng)的阻力?！拔覀兺ㄟ^(guò)科學(xué)化的服裝結構和面料設計，實(shí)現跨尺度協(xié)同減阻，有效降低阻力，幫助運動(dòng)員提升賽場(chǎng)表現?！眲⒗蚋嬖V記者，“快”正是他們解決的關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題之一。

參考中國運動(dòng)員體型特征、訓練及比賽環(huán)境等，該項目組通過(guò)流體動(dòng)力學(xué)仿真技術(shù)構建三維空氣動(dòng)力模型，在全球范圍內篩選并自主研發(fā)減阻面料，設計減阻結構，進(jìn)行風(fēng)洞綜合驗證，為運動(dòng)員進(jìn)行定制研發(fā)。他們根據不同項目的運動(dòng)姿態(tài)、速度特點(diǎn)，制備高性能減阻面料，并在全球范圍內搜集和測試150多種面料的基礎性能，應用于服裝減阻設計中。

通過(guò)實(shí)驗，項目團隊發(fā)現：并不是越光滑的表面風(fēng)阻越小?！扒∏∈且环N有肌理的凹坑結構面料，產(chǎn)生的阻力是小的?！眲⒗蚋嬖V記者，在身體不同部位，凹坑結構的形狀、大小、深度都是不同的。同時(shí)，根據滑行姿態(tài)設計的“站不起來(lái)”的板型，不僅幫助運動(dòng)員保持姿勢，也有效降低了阻力系數。

從項目階段性研發(fā)成果來(lái)看，與現役冬季項目比賽服相比，他們自主研發(fā)的多款比賽服具有更好的空氣動(dòng)力性能。經(jīng)風(fēng)洞測試驗證，最佳姿態(tài)速滑服比海外采購的減阻超11%；新款短道速滑服最大減阻率超過(guò)10%；根據高山滑雪項目各小項速度差異較大的特點(diǎn)，細化有關(guān)比賽服設計，其最大減阻率超過(guò)9%。

在追求“快”的同時(shí)，“護”“暖”“美”也是科研人員攻關(guān)的核心技術(shù)問(wèn)題。

冬季運動(dòng)項目危險性極高，運動(dòng)員損傷風(fēng)險較大，比如沖撞、刺割等損傷。因此，無(wú)論是在訓練還是比賽過(guò)程中，都需要為選手提供很好的保護。

最新研發(fā)的訓練和比賽裝備中暗藏了不少高科技。如高山滑雪訓練防護服中，采用了新型柱狀陣列式抗沖擊結構和新型吸能緩震材料，可以有效保護高山滑雪運動(dòng)員穿越旗門(mén)時(shí)的抽打傷害。短道速滑比賽服則整體使用高彈防切割面料，全面保護運動(dòng)員的身體，同時(shí)考慮肌肉壓縮、服裝減阻等功能，“在保持彈性的基礎上，防切割性能提高了20%-30%”。

“暖”也是冬季項目服裝的普遍需求。要讓所有冬季項目的訓練和比賽服裝都能暖和，科研人員想出了“兩條路”：一是提升纖維保暖率；二是使用主動(dòng)加熱技術(shù)，把電能量轉化成熱量。被稱(chēng)為“堡壘”的綜合保暖系統應運而生，集防風(fēng)、防水、透氣、耐磨多功能高效保暖于一體。

綜合保暖系統包含主動(dòng)電加熱護臉、馬甲、外套、手套、襪子、坐墊等裝備，通過(guò)智能主動(dòng)加熱技術(shù)，保障穿著(zhù)人員在零下30℃環(huán)境下可持續作業(yè)8小時(shí)以上。

不僅如此，科研人員還研發(fā)出一系列高科技裝備，助運動(dòng)員一臂之力。如通過(guò)雙滑輪腹內壓快速增壓技術(shù)和石墨烯傳導熱快速加熱技術(shù)，可快速增強腰椎穩定性、促進(jìn)核心穩定肌功能恢復的特制腰帶；通過(guò)雙面立體點(diǎn)膠和結構化設計的專(zhuān)用運動(dòng)襪，增強技巧類(lèi)項目運動(dòng)穩定性；為運動(dòng)員量身打造的膝關(guān)節運動(dòng)護具，等等。

可以想見(jiàn)，在即將到來(lái)的北京冬奧會(huì )上，中國軍團的運動(dòng)裝備將是“黑科技”滿(mǎn)滿(mǎn)。

科學(xué)訓練人工智能輔助系統給教練員裝上“第三只眼”

調整呼吸，飛速下滑，加速、起跳，在落差100多米山地自由飛翔，然后平穩落地……對于跳臺滑雪運動(dòng)員來(lái)講，這一系列動(dòng)作已然刻印于心。

滑行速度、起跳的時(shí)機與方向、手臂擺動(dòng)的角度、自身的狀態(tài)，等等，都是影響其成績(jì)的重要因素。這就要求運動(dòng)員具備精準的身體姿態(tài)控制能力。

由于各個(gè)動(dòng)作的瞬時(shí)性，在傳統訓練過(guò)程中，為了讓運動(dòng)員每一個(gè)環(huán)節、每一個(gè)動(dòng)作都達到“最優(yōu)”，教練員的做法通常是用視頻記錄，然后回放分析。然而，受觀(guān)測距離、角度等方面影響，這一做法也有一定局限性?！斑\動(dòng)員在畫(huà)面中很小，很難發(fā)現諸如手臂擺動(dòng)角度、膝踝距離差等方面的細微差別，而這些恰恰對于成績(jì)影響很大?！睋嘘P(guān)研究人員介紹。

如今，在科技加持下，這一問(wèn)題有了解決方案。

劉宇，上海體育學(xué)院科學(xué)研究院院長(cháng)，也是國家重點(diǎn)研發(fā)計劃“科技冬奧”重點(diǎn)專(zhuān)項“冬季項目運動(dòng)員技能優(yōu)化關(guān)鍵技術(shù)研究”項目負責人。他帶領(lǐng)項目團隊開(kāi)發(fā)適合雪上運動(dòng)員運動(dòng)效率和運動(dòng)能力提升的神經(jīng)-生物力學(xué)增強技術(shù)與干預模式，利用人工智能輔助系統捕捉運動(dòng)員三維動(dòng)作，實(shí)時(shí)采集起跳角度、速度、姿態(tài)控制、距離等數據，為提升運動(dòng)員訓練效果和參賽競技表現能力提供科技保障服務(wù)。

“有了最新突破！”8月18日，在接受記者采訪(fǎng)時(shí)，劉宇十分高興。他告訴記者，他的團隊即將奔赴河北淶源國家跳臺滑雪訓練科研基地交付新的研究成果。

記者了解到，此前，該項目團隊通過(guò)在跳臺滑雪出發(fā)臺架設多臺高速攝像機，對助滑、起跳動(dòng)作進(jìn)行三維動(dòng)作捕捉和技術(shù)分析，然后基于人工智能圖像識別技術(shù)實(shí)時(shí)反饋出起跳臺時(shí)的三維動(dòng)作信息，包括起跳開(kāi)始蹬伸距離、起跳時(shí)下肢三個(gè)關(guān)節的角度、身體姿態(tài)、飛行初期的攻角、雪板的仰角等關(guān)鍵生物力學(xué)指標，幫助教練員和運動(dòng)員掌握分析每一個(gè)時(shí)刻的技術(shù)動(dòng)作細節。

如今，這一輔助系統有了“升級版”。根據使用方建議，項目團隊將在滑道側面的多個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)位，如距離出發(fā)臺20m、40m、60m、80m、100m、落地區等架設實(shí)時(shí)高速視頻攝制系統，并基于單目相機的人工智能算法，實(shí)現對運動(dòng)員上述關(guān)鍵位置的三維動(dòng)作捕捉分析，同時(shí)通過(guò)自動(dòng)控制的機器搖臂實(shí)現對運動(dòng)員全過(guò)程及關(guān)鍵點(diǎn)位動(dòng)作的記錄，并快速生成有關(guān)數據。有關(guān)視頻和生物力學(xué)數據可實(shí)時(shí)反饋給教練員和運動(dòng)員，便于后續戰術(shù)動(dòng)作分析等工作的進(jìn)行。

與此同時(shí)，項目團隊還利用可穿戴傳感器技術(shù)，對運動(dòng)員全程速度、加速度及其雪板進(jìn)行空間位置精確跟蹤、測定，優(yōu)化其動(dòng)作控制。

這是過(guò)去用傳統的錄像方法很難快速獲取的信息?！疤_滑雪選手的助滑速度、起跳角度、身體三維姿態(tài)等，過(guò)去只能依靠教練的經(jīng)驗感覺(jué)和簡(jiǎn)單視頻分析，現在能提供精準量化的快速反饋、技術(shù)診斷，提出改進(jìn)方案?！眲⒂钫f(shuō)，這等于給了教練員“第三只眼睛”。而使用方也表示，這位數字“教練”提供的數據對于診斷運動(dòng)員各環(huán)節動(dòng)作的短板、加快提高成績(jì)很有幫助。

不僅是跳臺滑雪，“冬季項目運動(dòng)員技能優(yōu)化關(guān)鍵技術(shù)研究”項目的關(guān)鍵技術(shù)成果目前已在多支冬季項目國家隊進(jìn)行轉化與應用研究，為運動(dòng)員科學(xué)訓練、競技表現能力的提升尋求關(guān)鍵突破。

“在‘科技冬奧’重點(diǎn)專(zhuān)項中，科學(xué)訓練與比賽關(guān)鍵技術(shù)是一個(gè)重要領(lǐng)域?！笨萍疾可鐣?huì )發(fā)展科技司二級巡視員王小龍告訴記者，圍繞運動(dòng)員科學(xué)選材、運動(dòng)員技能優(yōu)化、體能訓練和訓練監控、科學(xué)化訓練基地建設等方面，已部署19個(gè)項目，目的就是要研發(fā)科學(xué)化訓練方法和裝備、建立智慧化比賽訓練場(chǎng)地、提高訓練效率和質(zhì)量、提升運動(dòng)員比賽水平。

目前，一批研究成果已轉化應用：高水平運動(dòng)員動(dòng)作優(yōu)化分析系統提升自由式滑雪空中技巧等項目高難度動(dòng)作表現，動(dòng)作成功率提升約15%；國內首套人體高速彈射裝置，已經(jīng)成為速度滑冰國家隊開(kāi)展彎道技術(shù)專(zhuān)項訓練的重要輔助手段，解決了冬季項目訓練受環(huán)境時(shí)間限制的難點(diǎn)……

外圍保障首次實(shí)現復雜地形下“百米級、分鐘級”氣象預報，直升機轉運受傷運動(dòng)員只需4分鐘

與夏季奧運會(huì )項目多在體育場(chǎng)館內舉行不同，冬奧會(huì )項目多在室外山地舉行。除了運動(dòng)裝備、運動(dòng)員自身水平外，溫度、濕度、風(fēng)力、風(fēng)向及雪質(zhì)等自然條件的差異，將會(huì )直接影響賽程安排以及運動(dòng)員的比賽成績(jì)、比賽安全。

據有關(guān)專(zhuān)家介紹，北京2022年冬奧會(huì )是近20年來(lái)唯一一次在大陸性冬季風(fēng)主導氣候條件下舉辦的冬奧會(huì )。大風(fēng)、低溫、低能見(jiàn)度、降雪等將是冬奧會(huì )和冬殘奧會(huì )面臨的主要天氣風(fēng)險，復雜相態(tài)降水、沙塵天氣等也可能出現，加之項目不同、場(chǎng)地不同，對氣象條件的要求也不同，氣象保障可謂是挑戰重重。

“科技冬奧”重點(diǎn)專(zhuān)項管理機構、中國21世紀議程管理中心副主任柯兵告訴記者，圍繞氣象條件預測保障，“科技冬奧”重點(diǎn)專(zhuān)項作了相應部署。我國自主研發(fā)的高精度天氣預報“睿圖-睿思”系統由此誕生，首次實(shí)現了復雜地形下“百米級、分鐘級”預報。

“也就是說(shuō)，能夠實(shí)現復雜地形下100米分辨率、逐10分鐘快速更新的冬奧關(guān)鍵氣象要素預報?！睋嘘P(guān)氣象專(zhuān)家介紹，氣象部門(mén)在北京城區、延慶和河北崇禮鋪設冬奧氣象綜合監測網(wǎng)絡(luò )，布設了441套各類(lèi)探測設施，大幅提升了復雜地形和下墊面條件下溫度、濕度、風(fēng)場(chǎng)等要素預報的準確率，有助于為提前24小時(shí)的精細氣象決策提供支持。

這套高精度天氣預報系統在今年2月、4月的“相約北京”測試活動(dòng)期間接受了檢驗。根據氣象服務(wù)團隊提供的天氣預報，14項賽事的官方訓練或比賽進(jìn)行了賽程調整。

不僅如此，張家口賽區還用上了激光測風(fēng)雷達。據介紹，雪上賽道地理環(huán)境復雜、風(fēng)場(chǎng)復雜多變，運動(dòng)員在高速下滑的過(guò)程中，極易受到賽道突變的縱風(fēng)及橫風(fēng)影響。因此，對賽道縱風(fēng)及橫風(fēng)的實(shí)時(shí)監測與危險預警，可為賽事管理人員、運動(dòng)員及教練員提供輔助決策依據，對冬奧會(huì )滑雪比賽的順利進(jìn)行、運動(dòng)員的正常發(fā)揮等具有重要意義。

與此同時(shí)，在世界頂級運動(dòng)員激烈比拼背后，還有“科技+醫療”的全程保駕護航。

冬奧運動(dòng)項目大多難度大、危險性高，比如高山滑雪滑降比賽，運動(dòng)員從高山上往下滑，時(shí)速要在10秒內從靜止增加到130公里，鋼架雪車(chē)的最高時(shí)速能達到135公里。在這種情況下比賽，運動(dòng)員稍有不慎就可能發(fā)生意外。國際奧委會(huì )一項數據顯示，冬奧雪上項目運動(dòng)員的受傷概率基本上在10%至14%。

一旦發(fā)生意外，如何讓運動(dòng)員可以在第一時(shí)間得到快速有效的救治甚至返場(chǎng)，是冬奧會(huì )服務(wù)保障中的重要一環(huán)。

“從云頂滑雪場(chǎng)到崇禮院區，直升機轉運只需4分鐘；從雪車(chē)雪橇賽場(chǎng)到延慶創(chuàng )傷中心，智能救護車(chē)由原來(lái)的30分鐘縮短至15分鐘，直升機轉運也只需4分鐘……這些從賽場(chǎng)到保障醫院的急救轉運能力是對賽事醫療救護水平的切實(shí)需求?！薄翱萍级瑠W”重點(diǎn)專(zhuān)項“冬奧會(huì )運動(dòng)創(chuàng )傷防治和臨床診療安全保障技術(shù)體系的建立與應用研究”項目負責人、北京大學(xué)第三醫院教授崔國慶表示，特別是轉院流程的簡(jiǎn)化與優(yōu)化，使崇禮院區及延慶院區與北醫三院做到創(chuàng )傷中心聯(lián)動(dòng)、信息共享，運動(dòng)員綠色通道得以建立。

該項目還設置“冬季運動(dòng)損傷數據庫、AI影像輔助診斷技術(shù)及遠程會(huì )診中心的建設與應用”課題，就是希望實(shí)現標準數據的收集、分析與整合，建立完善的智能影像輔助診斷技術(shù)，實(shí)現診療全流程智能化輔助判斷。

目前，項目已實(shí)現人工智能影像識別算法在膝關(guān)節大病種的識別率達85%以上，初步搭建包含協(xié)和醫院、北醫三院、吉大一院等11家醫院在內的醫聯(lián)體網(wǎng)絡(luò )，共建遠程會(huì )診中心。

這些“黑科技”“生”于冬奧，卻不止于冬奧。未來(lái)，這些都將變成寶貴的“奧運遺產(chǎn)”，應用到更多場(chǎng)景，惠及更多人。

（記者 王珍）