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减阻“战袍”、数字“教练” 科技翻新让运发动

添加时间:2021-08-27

  减阻“战袍” 数字“教练” 智慧医疗

  科技翻新让运动员更快更强

  比赛场上,0.01秒或者0.01米的上风,都能决定冠军的归属。身处金字塔尖的运动员,若想获得傲人的成绩,自身的尽力诚然十分重要,科技创新的力气也不容疏忽。科技加持下,不仅能提高其备战训练水平,更能在赛场上取得事半功倍的效果。

  那么,在科技一日千里的本日,有哪些高科技能助运动员一臂之力?这恰是“科技冬奥”重点专项攻关的重要内容。

  从比赛装备,到科学训练、技能优化,再到景象、医疗等全方位保障……如今,一项项“黑科技”正在或行将应用于我国冬季运动项目的训练、比赛中,助力运动员在冰雪赛场上更快、更强。

  运动装备 自主研发的最佳姿态速滑服比海外采购的减阻超11%

  东京奥运会上,81公斤级举重冠军吕小军脚下暗藏高科技的金色战靴,受到普遍关注。

  事实上,运动装备是影响运动员成绩的一个重要因素,这在冬奥会中体现更为显明。近年来,在竞技场上,运动装备的科技含量越来越高。

  “竞速类比赛中,0.01秒就可以决议一块金牌的归属,这0.01秒的差距兴许就来自服装和装备。”北京服装学院主攻功能服装研究的刘莉传授说。同时,她也是国家冬季运动服装装备研发中心的主任,“科技冬奥”重点专项“冬季运动与训练比赛高性能服装研发关键技术”项目的负责人。

  该项目由北京服装学院团队牵头,6所高校、4个企业结合攻关,实现竞速类项目服装、防护材料及装备、耐低温保障资料和技巧类项目服装四类产品立异。

  8月19日,记者接洽到刘莉时,她和团队成员正在中国速滑队训练基地,筹备给运动员试穿“战袍”样衣。

  据介绍,速度滑冰等竞速类比赛追求“快”,所以服装要考虑风的阻力。“咱们通过科学化的服装结构和面料设计,实现跨标准协同减阻,有效降低阻力,帮助运动员提升赛场表现。”刘莉告诉记者,“快”正是他们解决的关键技术问题之一。

  参考中国运动员体型特点、训练及比赛环境等,该项目组通过流体动力学仿真技术构建三维空气能源模型,在寰球范畴内筛选并自主研发减阻面料,设计减阻结构,进行风洞综合验证,为运动员进行定制研发。他们根据不同项目的运动姿态、速度特色,制备高机能减阻面料,并在全球规模内收集和测试150多种面料的基本性能,应用于服装减阻设计中。

  通过试验,项目团队发现:并不是越润滑的名义风阻越小。“恰好是一种有肌理的凹坑结构面料,发生的阻力是小的。”刘莉告诉记者,在身体不同部位,凹坑结构的外形、大小、深度都是不同的。同时,根据滑行姿态设计的“站不起来”的板型,不仅赞助运动员坚持姿态,也有效下降了阻力系数。

  从项目阶段性研发成果来看,与现役冬季项目比赛服比拟,他们自主研发的多款比赛服存在更好的空气动力性能。经风洞测实验证,最佳姿态速滑服比海外洽购的减阻超11%;新款短道速滑服最大减阻率超过10%;根据高山滑雪项目各小项速度差异较大的特点,细化有关比赛服设计,其最大减阻率超过9%。

  在寻求“快”的同时,“护”“暖”“美”也是科研人员攻关的核心技术问题。

  冬季运动项目危险性极高,运动员损害危险较大,比方触犯、刺割等伤害。因而,无论是在练习仍是比赛进程中,都须要为选手供给很好的维护。

  最新研发的训练和比赛装备中隐藏了不少高科技。如高山滑雪训练防护服中,采取了新型柱状阵列式抗冲击结构和新型吸能缓震材料,可以有效掩护高山滑雪运动员穿梭旗门时的抽打损害。短道速滑比赛服则整体使用高弹防切割面料,全面保护运动员的身体,同时斟酌肌肉紧缩、服装减阻等功能,“在保持弹性的基础上,防切割性能提高了20%-30%”。

  “暖”也是冬季项目服装的广泛需求。要让所有冬季项目的训练和比赛服装都能温暖,科研人员想出了“两条路”:一是提升纤维保暖率;二是使用主动加热技术,把电能量转化成热量。被称为“碉堡”的综合保暖系统应运而生,集防风、防水、透气、耐磨多功能高效保暖于一体。

  综合保暖系统包含自动电加热护脸、马甲、外套、手套、袜子、坐垫等装备,通过智能主动加热技术,保障衣着人员在零下30℃环境下可连续功课8小时以上。

  不仅如斯,科研职员还研发出一系列高科技装备,助运动员一臂之力。如通过双滑轮腹内压疾速增压技术跟石墨烯传导热快捷加热技巧,可倏地加强腰椎稳定性、增进中心稳固肌功效恢复的特制腰带;通过双面破体点胶和构造化设计的专用运动袜,增强技能类项目运动稳定性;为运动员量身打造的膝关节运动护具,等等。

  能够想见,期近将到来的北京冬奥会上,中国军团的运动装备将是“黑科技”满满。

  科学训练 人工智能辅助系统给教练员装上“第三只眼”

  调整呼吸,飞速下滑,加速、起跳,在落差100多米山地自由翱翔,然后安稳落地……对于跳台滑雪运动员来讲,这一系列动作未然刻印于心。

  滑行速度、起跳的机会与方向、手臂摆动的角度、自身的状况,等等,都是影响其成绩的重要因素。这就要求运动员具备精准的身体姿态控制能力。

  因为各个动作的刹时性,在传统训练过程中,为了让运动员每一个环节、每一个动作都到达“最优”,教练员的做法通常是用视频记载,而后回放剖析。然而,受观测间隔、角度等方面影响,这一做法也有必定局限性。“运动员在画面中很小,很难发明诸如手臂摆动角度、膝踝距离差等方面的轻微差异,而这些偏偏对成绩影响很大。”占有关研讨人员先容。

  现在,在科技加持下,这一问题有懂得决计划。

  刘宇,上海体育学院科学研究院院长,也是国家重点研发打算“科技冬奥”重点专项“冬季项目运动员技能优化关键技术研究”项目负责人。他率领项目团队开发合适雪上运动员运动效率和运动能力提升的神经-生物力学增强技术与干涉模式,利用人工智能辅助系统捉拿运动员三维动作,实时采集起跳角度、速度、姿态节制、距离等数据,为提升运动员训练后果和参赛竞技表现能力提供科技保障服务。

  “有了最新冲破!”8月18日,在接受记者采访时,刘宇非常愉快。他告诉记者,他的团队即将奔赴河北涞源国家跳台滑雪训练科研基地交付新的研究成果。

  记者了解到,此前,该项目团队通过在跳台滑雪动身台架设多台高速摄像机,对助滑、起跳动作进行三维动作捕获和技术分析,然后基于人工智能图像辨认技术实时反馈出起跳台时的三维动作信息,包含起跳开端蹬伸距离、起跳时下肢三个关节的角度、身体姿态、飞翔初期的攻角、雪板的仰角等症结生物力学指标,帮助教练员和运动员控制分析每一个时刻的技术动作细节。

  如今,这一辅助系统有了“进级版”。根据使用方倡议,项目团队将在滑道侧面的多个关键点位,如距离出发台20m、40m、60m、80m、100m、落地域等架设实时高速视频摄制系统,并基于单目相机的人工智能算法,实现对运动员上述关键位置的三维动作捕获分析,同时通过主动掌握的机器摇臂实现对运动员全过程及关键点位动作的记载,并快速天生有关数据。有关视频和生物力学数据可实时反馈给教练员和运动员,便于后续战术动作分析等工作的进行。

  与此同时,项目团队还应用可穿着传感器技术,对运动员全程速度、加速度及其雪板进行空间地位准确跟踪、测定,优化其动作把持。

  这是过去用传统的录像办法很难快速获取的信息。“跳台滑雪选手的助滑速度、起跳角度、身材三维姿势等,从前只能依附教练的教训感到和简略视频分析,当初能提供精准量化的快速反馈、技术诊断,提出改良方案。”刘宇说,这即是给了教练员“第三只眼睛”。而应用方也表示,这位数字“教练”提供的数据对于诊断运动员各环节动作的短板、加快提高成绩很有辅助。

  不仅是跳台滑雪,“冬季项目运动员技能优化关键技术研究”项目的关键技术成果目前已在多支冬季项目国家队进行转化与应用研究,为运动员科学训练、竞技表现能力的提升追求关键打破。

  “在‘科技冬奥’重点专项中,科学训练与比赛要害技术是一个主要范畴。”科技部社会发展科技司二级巡查员王小龙告知记者,缭绕运动员迷信选材、运动员技巧优化、体能训练和训练监控、科学化训练基地建设等方面,已安排19个项目,目标就是要研发科学化训练方式和装备、树立智慧化比赛训练场地、进步训练效力和品质、晋升运动员比赛水平。

  目前,一批研究结果已转化应用:高水平运动员动作优化分析系统提升自在式滑雪空中技巧等项目高难度动作表示,动作胜利率提升约15%;海内首套人体高速弹射安装,已经成为速度滑冰国度队发展弯道技术专项训练的重要辅助手腕,解决了冬季项目训练受环境时光限度的难点……

  外围保障 首次实现庞杂地形下“百米级、分钟级”气候预告,直升机转运受伤运动员只需4分钟

  与夏季奥运会项目多在运动场馆内举行不同,冬奥会名目多在室外山地举办。除了活动设备、运动员本身程度外,温度、湿度、风力、风向及雪质等天然前提的差别,将会直接影响赛程部署以及运发动的竞赛成就、比赛保险。

  据有关专家介绍,北京2022年冬奥会是近20年来独一一次在大陆性冬季风主导气象条件下举行的冬奥会。大风、低温、低能见度、降雪等将是冬奥会和冬残奥会见临的重要气候风险,复杂相态降水、沙尘天气等也可能呈现,加之项目不同、场地不同,对气象条件的请求也不同,气象保障堪称是挑衅重重。

  “科技冬奥”重点专项管理机构、中国21世纪议程管理中心副主任柯兵告诉记者,环绕气象条件猜测保障,“科技冬奥”重点专项作了相应部署。我国自主研发的高精度天气预报“睿图-睿思”系统由此出生,首次实现了复杂地形下“百米级、分钟级”预报。

  “也就是说,可能实现复杂地形下100米辨别率、逐10分钟快速更新的冬奥关键气象要素预报。”据有关气象专家介绍,气象部分在北京城区、延庆和河北崇礼铺设冬奥气象综合监测网络,布设了441套各类探测设施,大幅提升了复杂地形和下垫面条件下温度、湿度、风场等因素预报的正确率,有助于为提前24小时的精致气象决议提供支撑。

  这套高精度气象预报体系在今年2月、4月的“相约北京”测试运动期间接收了测验。依据气象服务团队提供的天色预报,14项赛事的官方训练或比赛进行了赛程调剂。

  不仅如此,张家口赛区还用上了激光测风雷达。据介绍,雪上赛道地舆环境复杂、风场复杂多变,运动员在高速下滑的过程中,极易受到赛道渐变的纵风及横风影响。因此,对赛道纵风及横风的实时监测与危险预警,可为赛事治理人员、运动员及教练员提供辅助决策根据,对冬奥会滑雪比赛的顺利进行、运动员的畸形施展等具备重要意思。

  与此同时,在世界顶级运动员剧烈比拼背地,还有“科技+医疗”的全程保驾护航。

  冬奥运动项目大多灾度大、危险性高,好比高山滑雪滑降比赛,运动员从深谷上往下滑,时速要在10秒内从静止增添到130公里,钢架雪车的最高时速能达到135公里。在这种情形下比赛,运动员稍有不慎就可能产生意外。国际奥委会一项数据显示,冬奥雪上项目运动员的受伤概率基础上在10%至14%。

  一旦发生意外,如何让运动员可以在第一时间得到快速有效的救治甚至返场,是冬奥会服务保障中的重要一环。

  “从云顶滑雪场到崇礼院区,直升机转运只要4分钟;从雪车雪橇赛场到延庆创伤中央,智能救护车由本来的30分钟缩短至15分钟,直升机转运也只需4分钟……这些从赛场到保障医院的急救转运才能是对赛事医疗救护水平的切实需要。”“科技冬奥”重点专项“冬奥会运动创伤防治和临床诊疗平安保障技术系统的建立与利用研究”项目负责人、北京大学第三病院教学崔国庆表现,特殊是转院流程的简化与优化,使崇礼院区及延庆院区与北医三院做到创伤核心联动、信息共享,运动员绿色通道得以建立。

  该项目还设置“冬季运动损伤数据库、AI影像辅助诊断技术及远程会诊中央的建设与运用”课题,就是盼望实现尺度数据的收集、分析与整合,建立完美的智能影像辅助诊断技术,实现诊疗全流程智能化帮助断定。

  目前,项目已实现人工智能影像识别算法在膝关节大病种的识别率达85%以上,初步搭建包括协和医院、北医三院、吉大一院等11家医院在内的医联体网络,共建远程会诊中心。

  这些“黑科技”“生”于冬奥,却不止于冬奥。将来,这些都将变成可贵的“奥运遗产”,应用到更多场景,惠及更多人。

  本报记者 王珍  【编纂:岳川】