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科技加持 體育振興
發布時間:2019-04-12

  “更高、更快、更強”是奧林匹克的口號,是人類一次次自我突破的目標。然而,從理論上說,人類的體能存在極限,那是什么讓世界紀錄一次次地被打破?是體育精神的支撐,也是體育科技的加持。

  首先,技術創新極大地促進了競技水平的提高。當今體壇,競技體育的各項運動幾乎都達到了身體的極限,要想“更高、更快、更強”,技術加持方能有如神助。

  一方面,技術創新推動了運動裝備、體育器械的迭代升級,在對運動員身體形成有效保護的同時,能最大限度地挖掘人的潛能。從20世紀20年代丹麥A·Krogh第一臺“功率自行車”問世,到2000年澳大利亞SPEEDO公司推出“鯊魚皮泳裝”,再到2008年英國自行車和比賽服的研制,長期的運動實踐證明,一系列重大科技成果的出現是提升競技運動水平的重要杠桿。另一方面,競技運動訓練的科學化程度直接影響競技水平的高低,技術發展有助于創新競技運動訓練方法,提升訓練效率。如今,訓練、科研和保障“三位一體”的新型訓練模式引領了競技訓練發展的新潮流。該模式將大數據、云計算和人工智能融入其中,在數據庫和各類模型的支持下,將傳統的經驗式訓練變為可設計、可預期和可控制的訓練,將“劑量負荷”“精準營養”和“智能診斷”從概念變為現實。

  其次,技術創新有效地保證了體育競賽的公平。只有堅持“公開、公平、公正”的競爭原則,才能實現“更高、更快、更強”的競技目標。眼下,越來越多的體育項目紛紛引入高科技力求“零誤判”,讓體育運動能夠在最公平公正的情形下進行。

  2001年,英國電視4臺在轉播英格蘭和澳大利亞之間舉行的板球系列對抗賽時,首次使用了“鷹眼”技術即即時回放系統,作為轉播的輔助手段為觀眾和解說員服務。“鷹眼”系統由8個或者10個高速攝像頭、4臺電腦和大屏幕組成,可追蹤記錄球的路徑,并顯示記錄的實際路徑的圖形圖像,還可以預測球的未來路徑。后來,這一擁有專利技術的系統被廣泛應用到網球、擊劍、體操、高爾夫、斯諾克等運動項目的賽事中,為減少裁判爭議,實現公正裁判,發揮了重要作用。2018年俄羅斯世界杯足球比賽中采用的視頻助理裁判(VAR)系統也主要是依靠“鷹眼”攝像系統進行技術動作判別,當時,國際足聯裁判委員會主席科里納表示,在VAR的幫助下,判罰正確率上升到了99.3%。

  最后,技術創新有力地推動了體育產業的發展。從2000多年前古希臘就開始舉辦奧林匹克運動,到1896年第一屆現代奧林匹克運動舉行,再到如今各類職業體育賽事和全民健身熱潮的興起,體育活動從人類的基本愿望和普遍行為,逐漸發展成具有巨大市場需求的體育產業。無論是職業體育產業還是大眾體育產業,無論是體育制造業還是體育服務業,技術創新都發揮了重要作用。

  從國際經驗看,經濟發展進入上中等收入階段后,對體育消費較大規模的有效需求開始形成,進入高收入階段后體育產業將成為支柱型產業,目前我國正處在這一過程中。然而,目前我國體育制造業與體育用品服務貿易比重較大,對此,國家體育總局明確提出,要通過“互聯網+”等技術創新提高體育產業發展質量。近年來,我國各大互聯網公司紛紛入局體育板塊,運動APP、運動手環、各類運動監測儀、力量訓練器大量涌現,技術創新讓全民健身掀起熱潮,也讓科學健身和訓練評價變得更為精準。

  實踐證明,現代體育科技的迅猛發展,對體育產業產生了前所未有的影響,技術創新不僅有利于體育運動的發展,競技水平的提升,而且為全民健身運動的開展和體育產業高質量發展提供了有力支撐。

  冰雪世界的加速度

  滑雪和滑冰是姿勢優雅和技巧精細的運動,如今,已經成為很多人健康積極生活的標配。隨著科技的發展和冰雪運動的普及,滑雪裝備也在不斷向高科技、大眾化方面發展。

  20世紀中期,滑雪裝備有了飛速進步,少量尖端的滑雪裝備產品向高深科技水準發展,供運動員在冬奧會級的競爭中運用;同時,適于大眾的滑雪裝備產品則向著多樣化、簡便化、安全化方向發展,以便給滑雪者帶來更好的滑雪體驗。相關的滑雪裝備主要涉及滑雪鏡、滑雪杖、滑雪靴與滑雪板及其固定器等,高科技加身的滑雪裝備可以讓滑雪愛好者在白雪的世界里體驗速度與激情。

  幾乎在所有的滑雪項目中,滑雪者都會使用滑雪鏡,鏡面防霧效果,是對滑雪鏡最重要且最基本的要求。為了達到這一目的,世界各大滑雪鏡生產商運用了一系列創新技術避免或最大程度地降低起霧的可能性。滑雪鏡防霧的技術手段大致包括防起霧鏡片涂層、雙層鏡片、透氣的泡沫薄膜、微型風扇等,其中防起霧鏡片涂層是目前防止起霧最有效的方法。對于防起霧涂層的研究一直在持續,研究人員致力于研制成本更低、防霧效果更好的涂層材料和技術。

  滑雪杖是滑雪時用來支撐前進、控制平衡、引導變向的工具。最早期的滑雪杖桿體是木質的,隨著技術的進步,逐步采用了鋁合金、玻璃纖維、碳纖維等材料,這使得滑雪杖在具備更輕重量的同時保持了較好的彈性。滑雪靴與滑雪板通過固定器連接到一起,在滑雪者跌倒時,滑雪靴會迅速從滑雪板松脫,避免傷害。涉及滑雪靴和滑雪板的技術創新幾乎都集中在固定器的設計上。

  滑雪裝備的不斷改進,一方面來自技術創新的不斷發展,如各種高性能材料的研制開發、傳感技術的拓展等,另一方面來自滑雪運動的普及,市場需求給相關企業改進滑雪裝備帶來了強勁的研發動力。

  2022年冬奧會將在北京-張家口舉辦,這也成為我國滑雪滑冰行業發展的重要推動力。在以冰雪運動為主題的冬奧會上,制冰、造雪的質量是首要保證,無論是冰球館、冰壺館、速滑館、花滑館,還有大道館,最重要的是要有優秀的冰。按比賽標準的冰溫,實現全場冰溫均勻一致、快速凍冰和短時調整冰溫,是衡量滑冰場質量的最基本和最重要的條件。世界制冷界的工匠們始終在尋覓如何能讓滑冰場實現高效節能、高度環保并安全的解決方案。北京順義城南體育中心,集世界領先水平的高效節能、高度環保的國際奧林匹克標準滑冰館,其直接蒸發式滑冰場是全世界首創,有三大創新:一是解決制冷劑易泄露難題,二是解決冷凍油和R134a環保制冷劑分離回油難題,三是解決了間接蒸發式制冰系統主機占地面積大、噪音高的世界級難題,是世界滑冰場制冰技術的進步,也將是北京冬奧會給世界的又一個驚喜。

  球類賽事的黑科技

  觀看體育賽事,除了關注運動員精彩的表現外,場內外的“黑科技”也是一大看點,如新型材料乒乓球、嵌入NFC芯片足球、影像助理裁判系統等。

  過去的100多年,乒乓球的制造材料一直是賽璐珞(celluloid)。賽璐珞的優點是富有彈性且重量輕,不過其缺點也是極為明顯,如其熔點只有110℃,對于儲放環境的要求非常嚴苛,必須控制在溫度23℃和濕度50℃,屬于易燃物。為了改善乒乓球材料,國際乒乓球聯合會從2011年開始召集全球各大乒乓球生產商討論使用新材料取代賽璐珞的可能性。基于此,由上海紅雙喜與廣州雙魚攜手研發的醋酸纖維球應運而生,推出新型材料乒乓球。2014年4月28日舉行的日本東京第52屆世界乒乓球團體錦標賽是世界乒乓球運動賽璐珞球時代的最后一次世界大賽,此后,醋酸纖維材料球開始走進人們的視野。業內人士介紹,醋酸纖維不但在擊球感方面最接近賽璐珞,而且這種材料無毒,不容易自燃,對運輸環境要求低。醋酸纖維材料球雖好,但在干冷的環境里球容易爆裂,損耗率高于賽璐珞球20%到30%,因此,醋酸纖維材料球成為新興材料乒乓球的過渡產品。近年來,隨著創新技術不斷發展,另一種新型材料球——ABS材料球成為乒乓球比賽用球。該材料中的丙烯腈、丁二烯、苯乙烯等可賦予乒乓球穩定性、耐熱性、沖擊性、耐寒性,使乒乓球韌性得以提高。

  科技的創新不僅改變乒乓球,同時也改變著足球。2017年11月10日凌晨,國際足聯在俄羅斯發布了2018年世界杯比賽用球“電視之星(Telstar) 18”。新球保持了傳統外觀,同時采用了一些現代化的工藝和科技,其中包括植入NFC(近場通信)芯片。這并非是科技與足球的首次結合,早在2006年德國世界杯,體育用品生產商就在足球內放置芯片,用來記錄球場上的數據,大幅提高裁判對球場信息的掌控。據了解,NFC芯片可以記錄足球的行進軌跡、球員射門的力度以及足球是否出界等信息,不僅可以輔助裁判進行現場判斷,更能幫助每個球隊的教練在賽后根據場上數據進行相應的布置。國際足聯將該技術運用在足球比賽中,最直接的目的是讓足球的信息被場外設備迅速捕捉,比如球的接觸面力度、位移軌跡、位移速度、位移方向等。

  此外,科技創新技術的融入還在賽事中起到定紛止爭的作用。為了減少爭議,國際足球聯合會(FIFA)推出了影像助理裁判系統,可以把場內拍攝到的實時畫面傳輸到后臺控制中心,由其他助理裁判進行輔助觀察、整理、剪輯,并第一時間發回賽場。業內人士表示,這樣做的好處是能有效減少主裁判的誤判,讓球場上的比賽更加公平。

  水上項目的酷裝備

  游泳是奧運會賽場上除了田徑以外金牌分布最多的項目,游泳的競技水平直接影響一個國家在體壇的地位。當我們在為泳壇健兒打破世界紀錄鼓掌吶喊時,也會驚嘆科技在競技場上的助力作用。游泳運動區別于其他陸地運動,特點在于需在水中克服阻力,利用浮力,運動員之間的比賽成績往往相差百分之一秒。

  泳衣作為游泳參賽者的必備著裝,歷經了多次材料和款式上的變化,其發展歷程也是技術創新的一個縮影。19世紀,泳衣的材質主要是羊毛和法蘭絨,幾乎包裹全身。20世紀30年代,比羊毛泳衣更輕、吸水更少、劃水更快的真絲泳衣引起了關注。二戰后,尼龍泳衣逐漸取代了羊毛和真絲泳衣,款式也不再包裹全身。上世紀八九十年代,泳衣向著仿人體皮膚的方向發展,萊卡面料被廣泛使用。

  有研究發現,水中的阻力約為空氣阻力的800倍,游泳運動員在水中劃水時所消耗的能量中90%都是用來克服流體力學中的波組、型阻、皮膚摩擦等,阻力問題一直難以解決,最大限度地減少阻力成為泳衣設計的關鍵。

  隨著游泳競賽越來越激烈,各國紛紛展開對泳衣的技術研發。美國率先將高新科技引入泳衣中,1988年漢城奧運會上,美國游泳名將馬特比昂迪身穿“大力士”泳衣參賽,獲得了5金1銀1銅。該款泳衣是由聚氨酯纖維和超細尼龍纖維的材質制成,重量輕,伸縮性和平滑度都得到了巨大提升,被公認為高科技泳衣的始祖。

  1999年10月,國際泳聯正式允許運動員穿鯊魚皮泳衣參加國際比賽。鯊魚皮泳衣模仿鯊魚的皮膚,可減少泳者在水中受到的摩擦系數,采用由特細尼龍紗和耐氯彈性紗仿制而成的LZR Pulse面料,表面采用縱向排列的細小V形紋,可幫助運動員最大程度地擺脫水流帶來的阻力,身體能夠更加順暢高效地通過水流,實現快速游動前進,但同時價格高昂、使用壽命短也讓經濟實力不強的國家和選手望而卻步。鯊魚皮的高科技被質疑違背了比賽不借助外力的本質,國際泳聯決定從2010年起禁用鯊魚皮泳衣。

  雖然鯊魚皮泳衣被禁止使用,但各國對高科技泳衣的研發始終沒有停止。傳統的泳衣、泳帽、泳鏡等游泳裝備是分別獨立設計的,將三者結合起來,充分利用人體結構學實現相互協調成為趨勢。2012年倫敦奧運會中國運動員孫楊身穿FASTSKIN3泳裝奪得400米自由泳決賽冠軍。FASTSKIN3泳帽是世界上第一款采用智慧頭部弧形技術、掃描多位世界頂尖游泳選手頭部曲線而設計的流體力學3D泳帽,以黏合織物制成,并加上防滑帽邊設計,能夠有效地將頭發最大限度地集中塑形,顯著改善頭頂的流體力學特性,有效降低身體阻力。

  此外,越來越多的泳衣采用融合仿生學原理衍生出超聲縫合技術。該技術能在接縫處模仿人類的肌腱與皮膚,接合點的強度接近一整塊材料,實現完全縫合無針腳,以最大程度減小阻力。

  運動場上的新材料

  田徑是體育運動中最重要的部分之一,分為田賽、競賽和全能比賽,主要包括競走、跑、跳躍、投擲以及由跑、跳、躍、投擲的部分項目組成的全能運動。運動場作為田徑競技最主要的比賽場所,場地的材質對運動員能力的發揮起到了重要的作用。

  最早的田徑運動場跑道材料為土質、煤渣、草皮等,隨著田徑運動的發展和科學技術的進步,到20世紀60年代,美國明尼蘇達礦務及制造業公司首先于1961年用聚氨酯材料鋪設一條200米長的塑膠跑道,由于使用效果很好,該材料受到了各國廣泛的重視。1965年,原西德正式生產塑膠跑道產品,1967年在加拿大召開的泛美運動會和1968年墨西哥召開的奧林匹克運動會正式采用該跑道產品,并得到國際奧委會的認可,此后便正式把塑膠跑道定為國際比賽的必備條件之一。隨即,日本、意大利、英國、法國、瑞士、瑞典等國競相生產和鋪設塑膠跑道。1972年,中國開始研制塑膠跑道,并于1979年9月首次在北京鋪設了北京體育館室內田徑場,面積4500平方米。

  目前,聚氨酯(PU)材料、三元乙丙橡膠(EPDM)材料是塑膠運動場地鋪面材料的兩種主要材料,均已得到了國際田聯的認可,成為國際公認的運動場地最佳鋪面材料,也是目前國際、國內大型田徑比賽的標準場地用材料。據業內人士表示,運動場的鋪面材料不僅需要考慮到抵抗擠壓、摩擦、鞋釘損失等機械損傷,還要具備抵抗紫外線照射、水和不同溫度的自然環境侵蝕的能力,同時,鋪面材料面層的平整度、厚度、緩沖性能、垂直變形和摩擦力等均是選擇運動場鋪裝材料需要關注的重點。

  以PU材料為例,該材料首先具有適當的彈性,鋪設的跑道彈性適中,既不會因為運動員力的作用對跑道產生較大的變形而浪費運動員的動能,影響成績,也不會因為彈性較小,運動員受到較大的阻力導致傷害等。此外, PU材料強度、硬度、彈性等指標以及厚度、樣式的調節余地大,能適應各種比賽和訓練的不同要求,同時耐氣候性好,氣溫高低和溫度大小對跑道的影響較小,而且表面不透水,有一定程度的耐化學腐蝕性。不過,由于塑膠運動場地多為甲苯二異氰酸酯型聚氨酯材料,而甲苯二異氰酸酯蒸氣壓較高時會刺激眼睛,因此,如何讓該運動場鋪面材料更加環保是新的研究方向。EPDM材料與PU塑膠材料相比,除了抗紫外線等自然侵蝕的能力較弱之外,彈性等方面的性能與PU材料不相上下。最重要的是,EPDM材料所用的原輔料是無毒無污染的,屬于環保產品。

  如今,運動場鋪面材料最受關注的就是如何讓材料更加環保,例如一件名為“一種環保耐候型塑膠跑道”的實用新型專利,提供了一種環保耐候型塑膠跑道,能使跑道材料更加環保,并且使用壽命更長。(知識產權報 記者 劉仁 陳婕 陳景秋 實習記者 李思靚 張彬彬)

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