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    光明日报 2021年12月14日 星期二

    “冰雪场,我钟爱的实验室”

    ——青年科技工作者的冰雪运动之缘

    作者:本报记者 彭景晖 周世祥 张士英 《光明日报》( 2021年12月14日 12版)

        滑雪爱好者在内蒙古岱海国际滑雪场滑雪。    于涛摄/光明图片

        张海洋

        郑小杰

        造雪设备。新华社发

        吴 迎

        北京理工大学光电学院研发的高精镜头,用于监测运动员运动状态。受访者供图

      【青年聚焦·冰雪运动背后的科技青年】  

      寒冬至,冰雪来。中国大地的冰雪场,汇集了越来越多的冰雪运动爱好者。皑皑白雪记录着人们休闲惬意的时光。这番美好,与一群工作在冰雪运动背后的人有关,他们是冰雪运动的科技工作者。

      不太为人所知的他们,此时处于另一种状态:

      12月9日凌晨1点,在北京体育大学的一个办公室,80后青年、北京体育大学运动生理学副教授吴迎还在埋头工作。作为自由式滑雪雪上技巧国家队科研团队的负责人,吴迎正带领科研人员分析数据,他们要在2个小时内完成运动员世界杯比赛战况分析和训练负荷等方面的专业报告,提供给正在北欧参赛的国家队教练组。

      几乎同样的时间,80后青年、齐齐哈尔黑龙国际冰雪装备有限公司技术质量部主管郑小杰终于完成新材料的对比分析,他与团队最近设计的两款冰刀,一款即将走进普通大众,一款将进入新一轮严苛的试用验证,最终提供给专业竞技队伍。

      真的如此紧迫吗?“时不我待!”吴迎回答。

      冰刀一毫米的设计差异关乎普通爱好者在冰上的安全和健康;体能分析报告一丁点的误差可能影响专业运动团队的参赛策略。很多冰雪运动科技工作者常年在实验室、在车间,“但可以说,我们从来都在冰雪上”,他们告诉记者:“甚至,我们似乎已经成了冰雪的一部分。”

      一切努力,只为了“三亿人上冰雪”,一个美好的愿望,一声豪迈的号召。

    在看不见的竞技场拼搏

      吴迎的紧迫感,来自备战北京冬奥。

      “大赛准备工作四年一个周期,如今是第四年,我们在冲刺。”吴迎带领的复合型科研医疗团队,深耕运动人体科学、运动训练学、运动营养学、运动医学等领域,成员来自北京体育大学。雪车和自由式滑雪雪上技巧两支国家队的训练负荷、营养补充和竞赛情报等方面的科研工作,都由他们负责。

      “当前很多运动员在国外参赛,他们每取得一些积分,都能为北京冬奥争取更多的参赛资格。”运动员在拼,服务运动员的科研工作者也在拼。这些天,运动员身体和竞技状态的数据几乎每天都会从北欧传回国内,吴迎要第一时间完成完整的分析报告,为教练改进训练和参赛方案提供参考。

      “疫情原因,我们无法跟随国家队参赛。两地有时差,我们就从晚上9点开始工作,一直忙到凌晨3点。”在家时,吴迎常常要把未满一岁的孩子哄睡,再回案头继续工作。当然,这只是他一部分工作,白天他还有学校日常的教学科研任务。

      “累,但值得。”他告诉记者,相比那些更艰难的时刻,眼下的困难不算什么。

      2020年初,新冠肺炎疫情暴发,跟随雪车国家队远征的吴迎,隔离在欧洲。

      不能外出,训练受限,队伍只被允许在室内训练。“这意味着我们很多户外监测设备无法使用,运动员体能的评估和恢复工作无法进行。”吴迎回忆,大家想方设法,艰难地在国外搜集可以买到的设备。

      终于允许户外训练了,可科研团队不能进场。“没有机会,我们就自己创造机会。”吴迎带着团队攀登附近的高山,进行远程拍摄,再做数据分析。

      德国、瑞士的雪场大多地处偏远,他们所登的山都是野山,没有人,没有路。吴迎与团队成员提前出发,蹚着积雪一点一点往山上摸索,只为找到一个视野好的高地,能更多地拍摄到运动员的状况。

      “危险,但非常时期,要敢拼。”科研团队的拼劲丝毫不逊于赛场上的运动员。

      吴迎还客串过厨师。“隔离在酒店,饭菜无法满足需求。”为了运动员达到营养标准,科研团变身“采购团”,每个星期“全副武装”地去大采购一次,回酒店给运动员们做饭。

      “体育爱好者关注比赛成绩,而我们这些为成绩服务的科研人员,反而更关心运动员的健康。”吴迎说,“成绩是冰雪运动发展的重要元素,但是,人,才是冰雪运动的根。”

      团队成员告诉他,得知科研团队为了采集数据去冒险爬野山,一名运动员在酒店走廊里悄悄抹眼泪了。

    在冰天雪地里造“千里眼”

      零下35摄氏度的崇礼雪场,滴水成冰,80后青年、北京理工大学光电学院副教授张海洋穿着厚羽绒服,带领团队测量雪场数据。

      温度过低,无人机无法使用,团队成员只好抱着激光雷达一段一段测量。男生搬设备,女生记录,扫描完一个点,再前进到下一个点。团队在雪场通常一待就是一整天,眉眼结霜,“眨一下眼睛,睫毛可能都会冻住”。

      这个由5名老师、10名学生组成的团队,要给冰雪运动的教练员造一双精巧的“千里眼”。

      “越野滑雪等项目的场地冰雪覆盖,在几十公里高低起伏的赛道上,若不借助设备,教练员都不知道运动员在哪里。”张海洋解释,对于诸如高山滑雪运动员过旗门时雪板和旗门的相对位置、雪车雪橇入弯道的角度等技术要点,团队运用无人机、激光雷达扫描雪场,然后从雪场的三维数据里提取赛道参数,在重建的三维地形上实时显示运动员的信息,提供给教练作为参考。

      “无论何时,只要运动队需要,我们就研发。”张海洋介绍,每个项目都有自己的技术特点,要围绕教练员、运动员的实际“量身定制”,先为其提供基础版本,演示后还要根据教练的要求修改。“运动员练习机会有限,有时候赶得很紧,‘明天就要’,我们只能连夜开发、连夜修改。”他说。

      定位精度,一度成为团队前进的“拦路虎”。“雪上运动速度快,有的运动员时速可达140公里,可能一帧就到几米外了,很难实现定位。”张海洋说,反复试验后,团队借助高精度的影像技术、高帧频发射机,运用北斗定位系统配合固定基站提高定位准确率。

      按传统方法,要架设发射基站,靠运动员身上的发射器接收信号,但雪场有树木、山峰的遮挡,运动员可能身处各种复杂地形,发射的信息无法收到。如今,运动员的位置信息可以通过带有5G模块的传感器实时传到云服务器上,PC机可以直接获取数据。

      “通信效率大大提高了,速度、加速度、滑行距离、所在点坡度等数据,都可以迅速计算出来。‘千里眼’大功告成!”张海洋透露,采集的三维数据后续将助力模拟装备的研发。

      “精度在厘米级,仿真性也好,未来运动员在室内、非雪季也可以‘全效’训练了。”张海洋说,冰雪运动每增加一点科技元素,科研工作者就多一份荣耀。

    在小小冰刀上实现大梦想

      一百多道制造工序、暗含很多科技元素、承载持续多年的国际竞争……如果没有走进实验室,没有接触研发者,人们大概想不到一片小冰刀也有一片“大天地”。对于郑小杰来说,它还承载着三代冰刀人的梦——“让咱们国家的运动员,用上本土研发制造的冰刀”。

      郑小杰所供职的齐齐哈尔黑龙国际冰雪装备有限公司已有70年历史,公司有一句口号——“三代工匠一双冰鞋”,很多人一家三代都在这里工作,工匠精神,早早地扎下了根。

      “大家都憋着一股劲,一定要造出领先世界的冰刀,国产冰刀要为提高我国速滑成绩作贡献。”郑小杰坦言,“咱们国家虽然速滑成绩很好,但相当长的时期内,很多运动员穿的是进口品牌。”

      “人穿冰鞋在冰面滑行,涵盖的技术看似简单,实则大有学问。”郑小杰解释,设计细节、制作精度、材料性能等方面,丝毫的差异,对使用者的安全、滑行速度的影响都很大。

      “更何况,赛级冰刀对材料要求极高。”他介绍,发力时,冰刀要产生形变;抬腿时,形变部分要迅速回弹、恢复原样。传统的铝合金材料,无法做到这一点。

      两年多前,公司加大力度研发高端冰刀,郑小杰与科研团队一起,向着关键难题进发。公司在2020年承接的“十三五”国家重点研发计划“科技冬奥”项目,其中一项就是冰刀设计。北京科技大学、西北工业大学等七家高校和科研单位,与他们组成了科研联合团队,科研力量得到空前加强。

      在大量的调研和反复的实验中,团队找到了突破口。他们向航空航天领域“取经”,在制造材料方面获得突破;与市场团队协作,获取冰鞋式样的创新;团队改变了冰刀原来的结构,减少了风阻、提高了滑行速度……如今,新研发的冰刀已成型落地,在各个运动队试用。

      “几乎每个环节都是从0到1的突破,漫长,烧脑。”郑小杰已数不清团队成员熬了多少夜、做了多少回实验,但他清楚地记得运动员和普通冰雪爱好者提出的每一条反馈建议。

      他说,是因为正视这些建议和挑战困难的勇气,让他和团队成员在小小冰刀上,实现了建功冰雪运动的梦想。

      (本报记者 彭景晖 周世祥 张士英)

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