“冰雪場,我鐘愛的實驗室”
發布日期: 2021-12-14 供稿:光明日報
編輯:吳楠 審核:劉曉俏 閱讀次數:原文標題:“冰雪場,我鐘愛的實驗室”
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寒冬至,冰雪來。中國大地的冰雪場,匯集了越來越多的冰雪運動愛好者。皚皚白雪記錄著人們休閑愜意的時光。這番美好,與一群工作在冰雪運動背后的人有關,他們是冰雪運動的科技工作者。
不太為人所知的他們,此時處于另一種狀態:
12月9日凌晨1點,在北京體育大學的一個辦公室,80后青年、北京體育大學運動生理學副教授吳迎還在埋頭工作。作為自由式滑雪雪上技巧國家隊科研團隊的負責人,吳迎正帶領科研人員分析數據,他們要在2個小時內完成運動員世界杯比賽戰況分析和訓練負荷等方面的專業報告,提供給正在北歐參賽的國家隊教練組。
幾乎同樣的時間,80后青年、齊齊哈爾黑龍國際冰雪裝備有限公司技術質量部主管鄭小杰終于完成新材料的對比分析,他與團隊最近設計的兩款冰刀,一款即將走進普通大眾,一款將進入新一輪嚴苛的試用驗證,最終提供給專業競技隊伍。
真的如此緊迫嗎?“時不我待!”吳迎回答。
冰刀一毫米的設計差異關乎普通愛好者在冰上的安全和健康;體能分析報告一丁點的誤差可能影響專業運動團隊的參賽策略。很多冰雪運動科技工作者常年在實驗室、在車間,“但可以說,我們從來都在冰雪上”,他們告訴記者:“甚至,我們似乎已經成了冰雪的一部分。”
一切努力,只為了“三億人上冰雪”,一個美好的愿望,一聲豪邁的號召。
在看不見的競技場拼搏
吳迎的緊迫感,來自備戰北京冬奧。
“大賽準備工作四年一個周期,如今是第四年,我們在沖刺。”吳迎帶領的復合型科研醫療團隊,深耕運動人體科學、運動訓練學、運動營養學、運動醫學等領域,成員來自北京體育大學。雪車和自由式滑雪雪上技巧兩支國家隊的訓練負荷、營養補充和競賽情報等方面的科研工作,都由他們負責。
“當前很多運動員在國外參賽,他們每取得一些積分,都能為北京冬奧爭取更多的參賽資格。”運動員在拼,服務運動員的科研工作者也在拼。這些天,運動員身體和競技狀態的數據幾乎每天都會從北歐傳回國內,吳迎要第一時間完成完整的分析報告,為教練改進訓練和參賽方案提供參考。
“疫情原因,我們無法跟隨國家隊參賽。兩地有時差,我們就從晚上9點開始工作,一直忙到凌晨3點。”在家時,吳迎常常要把未滿一歲的孩子哄睡,再回案頭繼續工作。當然,這只是他一部分工作,白天他還有學校日常的教學科研任務。
“累,但值得。”他告訴記者,相比那些更艱難的時刻,眼下的困難不算什么。
2020年初,新冠肺炎疫情暴發,跟隨雪車國家隊遠征的吳迎,隔離在歐洲。
不能外出,訓練受限,隊伍只被允許在室內訓練。“這意味著我們很多戶外監測設備無法使用,運動員體能的評估和恢復工作無法進行。”吳迎回憶,大家想方設法,艱難地在國外搜集可以買到的設備。
終于允許戶外訓練了,可科研團隊不能進場。“沒有機會,我們就自己創造機會。”吳迎帶著團隊攀登附近的高山,進行遠程拍攝,再做數據分析。
德國、瑞士的雪場大多地處偏遠,他們所登的山都是野山,沒有人,沒有路。吳迎與團隊成員提前出發,蹚著積雪一點一點往山上摸索,只為找到一個視野好的高地,能更多地拍攝到運動員的狀況。
“危險,但非常時期,要敢拼。”科研團隊的拼勁絲毫不遜于賽場上的運動員。
吳迎還客串過廚師。“隔離在酒店,飯菜無法滿足需求。”為了運動員達到營養標準,科研團變身“采購團”,每個星期“全副武裝”地去大采購一次,回酒店給運動員們做飯。
“體育愛好者關注比賽成績,而我們這些為成績服務的科研人員,反而更關心運動員的健康。”吳迎說,“成績是冰雪運動發展的重要元素,但是,人,才是冰雪運動的根。”
團隊成員告訴他,得知科研團隊為了采集數據去冒險爬野山,一名運動員在酒店走廊里悄悄抹眼淚了。
在冰天雪地里造“千里眼”
零下35攝氏度的崇禮雪場,滴水成冰,80后青年、北京理工大學光電學院副教授張海洋穿著厚羽絨服,帶領團隊測量雪場數據。
溫度過低,無人機無法使用,團隊成員只好抱著激光雷達一段一段測量。男生搬設備,女生記錄,掃描完一個點,再前進到下一個點。團隊在雪場通常一待就是一整天,眉眼結霜,“眨一下眼睛,睫毛可能都會凍住”。
這個由5名老師、10名學生組成的團隊,要給冰雪運動的教練員造一雙精巧的“千里眼”。
“越野滑雪等項目的場地冰雪覆蓋,在幾十公里高低起伏的賽道上,若不借助設備,教練員都不知道運動員在哪里。”張海洋解釋,對于諸如高山滑雪運動員過旗門時雪板和旗門的相對位置、雪車雪橇入彎道的角度等技術要點,團隊運用無人機、激光雷達掃描雪場,然后從雪場的三維數據里提取賽道參數,在重建的三維地形上實時顯示運動員的信息,提供給教練作為參考。
“無論何時,只要運動隊需要,我們就研發。”張海洋介紹,每個項目都有自己的技術特點,要圍繞教練員、運動員的實際“量身定制”,先為其提供基礎版本,演示后還要根據教練的要求修改。“運動員練習機會有限,有時候趕得很緊,‘明天就要’,我們只能連夜開發、連夜修改。”他說。
定位精度,一度成為團隊前進的“攔路虎”。“雪上運動速度快,有的運動員時速可達140公里,可能一幀就到幾米外了,很難實現定位。”張海洋說,反復試驗后,團隊借助高精度的影像技術、高幀頻發射機,運用北斗定位系統配合固定基站提高定位準確率。
按傳統方法,要架設發射基站,靠運動員身上的發射器接收信號,但雪場有樹木、山峰的遮擋,運動員可能身處各種復雜地形,發射的信息無法收到。如今,運動員的位置信息可以通過帶有5G模塊的傳感器實時傳到云服務器上,PC機可以直接獲取數據。
“通信效率大大提高了,速度、加速度、滑行距離、所在點坡度等數據,都可以迅速計算出來。‘千里眼’大功告成!”張海洋透露,采集的三維數據后續將助力模擬裝備的研發。
“精度在厘米級,仿真性也好,未來運動員在室內、非雪季也可以‘全效’訓練了。”張海洋說,冰雪運動每增加一點科技元素,科研工作者就多一份榮耀。
在小小冰刀上實現大夢想
一百多道制造工序、暗含很多科技元素、承載持續多年的國際競爭……如果沒有走進實驗室,沒有接觸研發者,人們大概想不到一片小冰刀也有一片“大天地”。對于鄭小杰來說,它還承載著三代冰刀人的夢——“讓咱們國家的運動員,用上本土研發制造的冰刀”。
鄭小杰所供職的齊齊哈爾黑龍國際冰雪裝備有限公司已有70年歷史,公司有一句口號——“三代工匠一雙冰鞋”,很多人一家三代都在這里工作,工匠精神,早早地扎下了根。
“大家都憋著一股勁,一定要造出領先世界的冰刀,國產冰刀要為提高我國速滑成績作貢獻。”鄭小杰坦言,“咱們國家雖然速滑成績很好,但相當長的時期內,很多運動員穿的是進口品牌。”
“人穿冰鞋在冰面滑行,涵蓋的技術看似簡單,實則大有學問。”鄭小杰解釋,設計細節、制作精度、材料性能等方面,絲毫的差異,對使用者的安全、滑行速度的影響都很大。
“更何況,賽級冰刀對材料要求極高。”他介紹,發力時,冰刀要產生形變;抬腿時,形變部分要迅速回彈、恢復原樣。傳統的鋁合金材料,無法做到這一點。
兩年多前,公司加大力度研發高端冰刀,鄭小杰與科研團隊一起,向著關鍵難題進發。公司在2020年承接的“十三五”國家重點研發計劃“科技冬奧”項目,其中一項就是冰刀設計。北京科技大學、西北工業大學等七家高校和科研單位,與他們組成了科研聯合團隊,科研力量得到空前加強。
在大量的調研和反復的實驗中,團隊找到了突破口。他們向航空航天領域“取經”,在制造材料方面獲得突破;與市場團隊協作,獲取冰鞋式樣的創新;團隊改變了冰刀原來的結構,減少了風阻、提高了滑行速度……如今,新研發的冰刀已成型落地,在各個運動隊試用。
“幾乎每個環節都是從0到1的突破,漫長,燒腦。”鄭小杰已數不清團隊成員熬了多少夜、做了多少回實驗,但他清楚地記得運動員和普通冰雪愛好者提出的每一條反饋建議。
他說,是因為正視這些建議和挑戰困難的勇氣,讓他和團隊成員在小小冰刀上,實現了建功冰雪運動的夢想。
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