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给冬残奥运动员插上“隐形翅膀”

时间:2022-08-08 06:21:11 作者:kok平台在线登录 来源:kok下载iOS体育app

  刚刚结束的北京冬残奥会上,科研人员用高科技助力运动员不断探索体能与运动极限——

  3米、2米、1米,撑着滑雪杖滑过最后一下,刘子旭第一个冲过了终点线,夺得了北京冬残奥会冬季两项男子短距离(坐姿)比赛金牌,这也是我国获得的冬残奥会首枚雪上项目金牌和首枚个人项目金牌。“看到在备战过程中服务过的运动员取得如此好的成绩,我真是非常兴奋。”中北大学博士生、“智慧冰雪场关键技术研究”项目成员杨云激动地说。

  据统计,2018年至2021年,科技部组织实施了包含“智慧冰雪场关键技术研究”在内的国家重点研发计划“科技冬奥”重点专项项目60个。在科技的推动下,残奥运动员不断探索着体能与运动的极限,诠释着更高、更快、更强、更团结的奥林匹克精神。请与光明日报记者一起,走近北京冬残奥会背后的科技人才团队,看看他们如何给运动员插上“隐形翅膀”。

  作为“科技冬奥”重点专项“冬残奥运动员运动表现提升关键技术”项目的负责人,清华大学机械工程系教授季林红在谈到项目设立的初衷时非常坚定,一方面希望能够整体提升残疾运动员的能力与水平,使冬残奥会的参赛人数与参赛项目数实现新高,另一方面期待残奥运动员在家门口取得优异成绩。

  “截肢运动员有一个特殊之处,就是身体感觉与正常人不太一样,对外部的冷热感知具有延迟性,等到他们感觉到冷了,其实就已经冻伤了,所以需要对残端进行保护。”季林红和团队考虑到截肢运动员的需求,专门研制了保暖护具。

  究竟用什么材料能实现既主动加热又长久保温?季林红和团队经过数轮的实验测试与迭代设计,发现了石墨烯具有适合的性能,其结构稳定、升温快、热传导性能好,同时还发现“气凝胶+热反射层材料”保温性能优异,能够有效减少散热,保暖护具的雏形就完成了。但考虑到冬残奥运动员的个体差异性比较大,他们必须进行定制与反复调试,才能满足不同加热部位的需求。

  不仅如此,季林红和团队考虑到残奥运动员的训练还需要辅助器械,来弥补身体残缺所带来的问题,比如身体不平衡、核心肌力的不对称性等。于是他们又为运动员个性化定制了训练辅助器械:厚度不等的垫板使高低脚的单板滑雪运动员达到两边水平;辅助小臂帮助胳膊残缺的运动员完成俯卧撑、推杠铃等动作……

  “通过科技创新,使冬残奥运动员能够挑战他们的极限、发挥他们的潜能、实现他们的梦想,这对我们来说就是最大的收获。”季林红说,这些科技人才无时无刻不关注着运动员们的使用感受,让科技不再是冷冰冰的,而是带有温度的。

  2022年3月12日,中国轮椅冰壶队成功卫冕。这块金牌的获得,除了轮椅冰壶运动员的持续发力外,还有“智慧冰雪场关键技术研究”项目团队的不懈攻关。

  北京工业大学信息学部教授毋立芳所带领的团队是其中的一部分,他们为轮椅冰壶队研发了基于视频智能分析的冰壶瞄准偏差预测和运动轨迹自动显示系统,可以辅助教练定量评估运动员的水平、有效改进训练方案。

  “当时视频采集数据传输速度跟不上,不同位置上的四个相机无法同步信息,我们很着急,后来采用了光纤传输才解决问题。”毋立芳谈到研发中遇到的困难时说,冰壶要求精度非常高,细微的偏差都将影响估计结果,所以他们通过增加目标定位模块来提高精确度。

  项目中同样为轮椅冰壶队服务的还有中国石油大学(华东)计算机科学与技术学院教授李宗民的团队,其开发的冰壶现场分析和辅助决策支持系统可以有效地分析冰壶运动规律,在训练比赛过程中辅助教练员和运动员的投壶决策,给出投壶建议,大幅度减少冰壶比赛分析所需的时间,帮助教练团队做出及时有效的技战术调整。相比于传统方法,这个系统方法不仅无干扰,而且无须在冰壶上安装添加信号接收器。

  “我们的系统侧重于冰壶投壶决策建议以及分析复盘,战略决策意义更加明显;毋立芳老师开发的系统偏重辅助运动员把控冰壶运动轨迹,提高运动员的投壶瞄准的技术。策略和技术相结合,冰壶运动成绩才能更好地提升。”李宗民说。

  为了支持国家轮椅冰壶队续写传奇,两个团队聚集人工智能、虚拟现实、图形图像处理等研究领域的专家学者,形成强大人才合力。

  季林红认为,可以将体育科学、工程技术等专业的人才聚集起来,组成一支学科交叉的队伍,用新的理念或前沿技术推动体育事业的发展。

  开发自动驾驶的智能轮椅、设计“冬奥手语播报数字人”……这些细节都体现出了对残疾人的关爱。“‘无障碍’的理念越来越重要,充分考虑老弱病残孕等重点旅客的出行,是我们设计斜行电梯的初心。”北京八达岭长城站站长刘晓征说。

  八达岭长城站这个2022年北京冬奥会、冬残奥会的重要交通设施,是目前国内层次最多、提升高度及埋深最大的高铁地下车站,最深处有102米,从下车到出站口有一定距离,“这之间若设立垂直电梯,会与正常出入口存在偏差,增加重点旅客的步行时间,所以我们最后决定启用斜行电梯。”刘晓征介绍,这个特殊的无障碍斜行电梯,落差达84米,是国内首创的应用于高铁站的大型项目,可以实现任意角度的便捷运输,直接将旅客送到出入口。

  在训练雪场,细节的关注也十分重要。“高山滑雪、越野滑雪等雪上项目速度非常快,运动范围大,对运动员的运动表现、滑行轨迹以及自身的生理参数的监测难度比较大。”“智慧冰雪场关键技术研究”项目总负责人、中北大学仪器与电子学院教授丑修建介绍,他带领团队研发了滑雪辅助训练数据采集与分析系统。该系统最重要的组成部分之一,就是为残奥运动员设计了可以固定在腰间、四肢的可穿戴式设备,这种设备摆脱了传统的背包样式,更加轻便安全,有助于残奥运动员在训练场上发挥得更出色。

  丑修建团队为单板滑雪运动员提供运动状态可穿戴传感监测和无人机跟踪拍摄。资料图片

  “通过可穿戴设备传感、无人平台跟踪拍摄、定点相机拍摄还有高精度分段计时等手段采集出来的数据其实都是分散开的单维度运动状态参数,最重要的是所有数据实现时间同步,这样才能知道哪个时间点对应运动员的哪种姿态、哪个动作。”丑修建说,为此团队开发了实时软件,将数据整合起来建模分析,把结果反馈给运动员和教练员,完成实时指导。

  对于今后的发展计划,丑修建表示,虽然北京冬奥会和冬残奥会已经闭幕,但团队人才的优势技术力量可以继续发挥与延伸,既要帮助专业运动员提升他们的竞技水平,也可以服务于“3亿人上冰雪”,让更多的人感受到冰雪运动的快乐。