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      為體育插上科技翅膀

      2022年01月20日 14:11   來源:人民日報海外版   劉 峣

        建設體育強國,必須實現高水平的體育科技自立自強——習近平總書記日前在北京考察冬奧會、冬殘奧會籌辦備賽工作時的諄諄叮囑,讓人們對體育科技的重要作用有了更深刻的理解。

        當今世界,科技在競技體育中的作用越來越突出。近年來,多學科、跨學科的力量統籌推進技術研發和技術轉化,為中國體育健兒提升競技水平助力,為中國競技體育實現更大突破提供有力支撐。

        風洞技術模擬真實場景

        在北京二七廠冰雪項目訓練基地,建有國內首個體育專業風洞實驗室。自2020年10月建成以來,這一處于國際領先水平的風洞實驗室已為超過2000名運動員提供科技支持。

        風洞是空氣動力學研究和試驗中最廣泛使用的工具。此前,風洞主要用于模擬飛行器或物體周圍的空氣流動,以驗證氣流阻力對飛行器或物體的影響。

        目前,不少國家已將風洞應用于體育訓練中,模擬真實的氣流、水流條件,幫助運動員提高成績。利用風洞技術,除了可以幫助運動員科學調整運動時的姿態之外,還可以對運動服裝、器材進行風阻系數的測試,為高性能運動裝備的設計開發提供數據支撐。

        冰雪項目有較強的季節性,模擬訓練是提高效率的一種手段。為此,研究團隊設計了利用滑板、跑臺、六自由度系統的冬季項目風洞模擬訓練方法,模擬短道速滑、雪車雪橇等運動項目高速運動的場景,協助運動員開展模擬訓練。

        例如,在鋼架雪車項目上,運動員上橇滑行后肩部和身體位置的高低等細節,都會影響在比賽中的表現。為此,研究團隊需要通過精確測量提供科學答案。

        在位于河北淶源的國家跳臺滑雪訓練科研基地,世界體量最大、訓練功能最完備的跳臺滑雪風洞實驗室受到運動員的歡迎。在實驗室中,跳臺滑雪運動員可以進行助滑、起跳、飛躍及吊飛等模擬訓練。

        中國跳臺滑雪運動員宋祺武說,風洞訓練的容錯率高,如果跳躍失誤了,可以更快地去改善動作,學會一些更好的飛行動作。

        專家介紹,在北京冬奧會備戰中,風洞技術圍繞人、機、環三個方面開展科技服務!叭恕笔且燥L洞為代表的模擬訓練;“機”是通過風洞技術,對運動員的服裝、頭盔等裝備進行風阻性能測試,協助裝備研發;“環”則是指賽場監測、環境預測在內的賽場體系和包括風洞訓練等在內的模擬賽場體系。

        事實上,在東京奧運會上,風洞訓練也為中國運動員取得好成績貢獻了力量。在四人賽艇項目中,航天十一院低速風洞實驗室通過模擬運動員抓水、驅動、出水、回槳等不同動作姿態的氣動力大小,并對4名運動員不同編隊組合對氣動阻力的影響進行試驗,成功開發出基于氣浮裝置的三維力測量平臺,為運動員提供了科學參考。

        “訓練神器”優化動作表現

        昔日用于航空模擬訓練的技術,如今已引入到體育領域當中。北京二七廠冰雪項目訓練基地配置了六自由度電動模擬體育訓練系統。這一訓練系統可以建立與雪橇、鋼架雪車、雪車以及越野滑雪、高山滑雪等項目真實賽場一致的三維虛擬場景環境,利用六自由度平臺技術、VR虛擬技術與體育項目數字建模技術相結合,使運動員身臨其境地備戰。與此同時,六自由度鋼架雪車訓練系統、越野滑雪訓練系統等可以通過高精度編碼器,實時收集運動員訓練數據,有針對性地提升運動員的訓練效果和賽場表現。

        模擬體育訓練極大提升了運動員的訓練效率。比如在鋼架雪車比賽中,選手每次滑行時間為1分鐘,滑行結束后還要攜帶設備坐纜車回到出發點,耗費時間較長。而借助六自由度電動模擬體育訓練系統后,運動員只需在每次滑行結束后按下復位鍵,就可以馬上投入下一場模擬訓練中;械耐瑫r,系統還會記錄運動員在每個彎道的速度和時間,為技術分析提供幫助。

        這樣的“訓練神器”還有不少。用于訓練飛行員的防暈眩訓練器也出現在體育訓練基地內,用于幫助運動員鍛煉肌體的核心力量、平衡能力和神經肌肉控制能力,提高在空中的定向能力。

        在國家跳臺滑雪訓練科研基地,科研團隊在運動員訓練時架設了4臺攝像機,實時采集運動員訓練畫面。在高速度的環境下,使用普通攝像機拍攝動作難度很大。為此,科研人員借助由AI無干擾三維動作捕捉、超寬帶精準定位測速、高速運動自動跟拍機器人等多項技術組成的生物力學快速反饋系統,精細跟拍運動員的每一個細微動作。同時,借助生物力學快速反饋系統對運動員的動作數據進行科學分析,為優化運動員訓練方案提供有效參考。

        東京奧運會上表現出色的中國健兒,也在訓練中應用了很多“黑科技”。游泳項目上,研究團隊針對游泳運動研制出智能測量與數字訓練系統,可獲得運動員在訓練時的姿態、速度、位置、角速度、加速度等運動信息,幫助教練團隊確定訓練方案、優化技術動作、提高運動成績。

        有“夢之隊”之稱的中國跳水隊在訓練中使用了“3D+AI”跳水輔助訓練系統。高速相機等一系列圖像采集設備將信息上傳到智能云,經視覺技術及深度神經網絡估算,可以對運動員的跳水姿態進行三維重建,實現對跳水動作的精準量化評估,并制定針對性的訓練方案。

        獎牌背后充滿科技成色

        現代體育的比拼,同樣是科技實力的競爭。如今,一枚奧運會獎牌的科技含量正越來越多。

        作為暨南大學體育學院副教授,中國百米飛人蘇炳添曾在一篇“研究自己”的論文中提到,田徑隊的蘭迪·亨廷頓等外教以“冠軍模型”為指導,通過高科技儀器和設備對運動員體能、技術、恢復等各個環節進行全方位監控。據此發現問題、尋找差距,為運動員制訂個性化訓練方案、惡補短板,全面提升競技能力。蘇炳添在分析中國男子百米躋身世界一流的原因時,把“踐行科學化訓練理念”放在了首位。他說,科技助力是競技體育可借鑒的主要經驗。

        東京奧運會上中國帆船帆板隊發揮出色。為了提供更加精準的賽場水文情況報告,研究團隊的科學家提前一年前往奧運會賽場勘察。研究團隊采用了包括北斗在內的多頻段多衛星聯合定位高精度測量技術,針對海面上的風速、風向變化和同一個賽場不同位置的海水流速以及流向分布差異進行監測和數據采集,為運動員路線和戰術選擇提供了科技支撐。

        北斗導航不僅為運動員“探路”,也為冰雪項目的輔助訓練提供了幫助;诒倍肪珳蕰r空的雪上運動智慧服務系統,可以采集運動員在滑行過程中每個節點的速度、運動軌跡等實時數據,進行姿態分析、人體動力學分析等,并給予教練員實時反饋。通過對運動員的運動軌跡測量、運動速度與加速度分析,達到輔助運動員訓練、提高運動成績的目的。

       


      (責任編輯 :秦佳鳴)

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