科技加持 体育振兴

2019-06-07 17:35栏目:体育
TAG: 体育

  “更高、更快、更强”是奥林匹克的口号,是人类一次次自我突破的目标。然而,从理论上说,人类的体能存在极限,那是什么让世界纪录一次次地被打破?是体育精神的支撑,也是体育科技的加持。

  首先,技术创新极大地促进了竞技水平的提高。当今体坛,竞技体育的各项运动几乎都达到了身体的极限,要想“更高、更快、更强”,技术加持方能有如神助。

  一方面,技术创新推动了运动装备、体育器械的迭代升级,在对运动员身体形成有效保护的同时,能最大限度地挖掘人的潜能。从20世纪20年代丹麦A·Krogh第一台“功率自行车”问世,到2000年澳大利亚SPEEDO公司推出“鲨鱼皮泳装”,再到2008年英国自行车和比赛服的研制,长期的运动实践证明,一系列重大科技成果的出现是提升竞技运动水平的重要杠杆。另一方面,竞技运动训练的科学化程度直接影响竞技水平的高低,技术发展有助于创新竞技运动训练方法,提升训练效率。如今,训练、科研和保障“三位一体”的新型训练模式引领了竞技训练发展的新潮流。该模式将大数据、云计算和人工智能融入其中,在数据库和各类模型的支持下,将传统的经验式训练变为可设计、可预期和可控制的训练,将“剂量负荷”“精准营养”和“智能诊断”从概念变为现实。

  其次,技术创新有效地保证了体育竞赛的公平。只有坚持“公开、公平、公正”的竞争原则,才能实现“更高、更快、更强”的竞技目标。眼下,越来越多的体育项目纷纷引入高科技力求“零误判”,让体育运动能够在最公平公正的情形下进行。

  2001年,英国电视4台在转播英格兰和澳大利亚之间举行的板球系列对抗赛时,首次使用了“鹰眼”技术即即时回放系统,作为转播的辅助手段为观众和解说员服务。“鹰眼”系统由8个或者10个高速摄像头、4台电脑和大屏幕组成,可追踪记录球的路径,并显示记录的实际路径的图形图像,还可以预测球的未来路径。后来,这一拥有专利技术的系统被广泛应用到网球、击剑、体操、高尔夫、斯诺克等运动项目的赛事中,为减少裁判争议,实现公正裁判,发挥了重要作用。2018年俄罗斯世界杯足球比赛中采用的视频助理裁判(VAR)系统也主要是依靠“鹰眼”摄像系统进行技术动作判别,当时,国际足联裁判委员会主席科里纳表示,在VAR的帮助下,判罚正确率上升到了99.3%。

  最后,技术创新有力地推动了体育产业的发展。从2000多年前古希腊就开始举办奥林匹克运动,到1896年第一届现代奥林匹克运动举行,再到如今各类职业体育赛事和全民健身热潮的兴起,体育活动从人类的基本愿望和普遍行为,逐渐发展成具有巨大市场需求的体育产业。无论是职业体育产业还是大众体育产业,无论是体育制造业还是体育服务业,技术创新都发挥了重要作用。

  从国际经验看,经济发展进入上中等收入阶段后,对体育消费较大规模的有效需求开始形成,进入高收入阶段后体育产业将成为支柱型产业,目前我国正处在这一过程中。然而,目前我国体育制造业与体育用品服务贸易比重较大,对此,国家体育总局明确提出,要通过“互联网+”等技术创新提高体育产业发展质量。近年来,我国各大互联网公司纷纷入局体育板块,运动APP、运动手环、各类运动监测仪、力量训练器大量涌现,技术创新让全民健身掀起热潮,也让科学健身和训练评价变得更为精准。

  实践证明,现代体育科技的迅猛发展,对体育产业产生了前所未有的影响,技术创新不仅有利于体育运动的发展,竞技水平的提升,而且为全民健身运动的开展和体育产业高质量发展提供了有力支撑。

  滑雪和滑冰是姿势优雅和技巧精细的运动,如今,已经成为很多人健康积极生活的标配。随着科技的发展和冰雪运动的普及,滑雪装备也在不断向高科技、大众化方面发展。

  20世纪中期,滑雪装备有了飞速进步,少量尖端的滑雪装备产品向高深科技水准发展,供运动员在冬奥会级的竞争中运用;同时,适于大众的滑雪装备产品则向着多样化、简便化、安全化方向发展,以便给滑雪者带来更好的滑雪体验。相关的滑雪装备主要涉及滑雪镜、滑雪杖、滑雪靴与滑雪板及其固定器等,高科技加身的滑雪装备可以让滑雪爱好者在白雪的世界里体验速度与激情。

  几乎在所有的滑雪项目中,滑雪者都会使用滑雪镜,镜面防雾效果,是对滑雪镜最重要且最基本的要求。为了达到这一目的,世界各大滑雪镜生产商运用了一系列创新技术避免或最大程度地降低起雾的可能性。滑雪镜防雾的技术手段大致包括防起雾镜片涂层、双层镜片、透气的泡沫薄膜、微型风扇等,其中防起雾镜片涂层是目前防止起雾最有效的方法。对于防起雾涂层的研究一直在持续,研究人员致力于研制成本更低、防雾效果更好的涂层材料和技术。

  滑雪杖是滑雪时用来支撑前进、控制平衡、引导变向的工具。最早期的滑雪杖杆体是木质的,随着技术的进步,逐步采用了铝合金、玻璃纤维、碳纤维等材料,这使得滑雪杖在具备更轻重量的同时保持了较好的弹性。滑雪靴与滑雪板通过固定器连接到一起,在滑雪者跌倒时,滑雪靴会迅速从滑雪板松脱,避免伤害。涉及滑雪靴和滑雪板的技术创新几乎都集中在固定器的设计上。

  滑雪装备的不断改进,一方面来自技术创新的不断发展,如各种高性能材料的研制开发、传感技术的拓展等,另一方面来自滑雪运动的普及,市场需求给相关企业改进滑雪装备带来了强劲的研发动力。

  2022年冬奥会将在北京-张家口举办,这也成为我国滑雪滑冰行业发展的重要推动力。在以冰雪运动为主题的冬奥会上,制冰、造雪的质量是首要保证,无论是冰球馆、冰壶馆、速滑馆、花滑馆,还有大道馆,最重要的是要有优秀的冰。按比赛标准的冰温,实现全场冰温均匀一致、快速冻冰和短时调整冰温,是衡量滑冰场质量的最基本和最重要的条件。世界制冷界的工匠们始终在寻觅如何能让滑冰场实现高效节能、高度环保并安全的解决方案。北京顺义城南体育中心,集世界领先水平的高效节能、高度环保的国际奥林匹克标准滑冰馆,其直接蒸发式滑冰场是全世界首创,有三大创新:一是解决制冷剂易泄露难题,二是解决冷冻油和R134a环保制冷剂分离回油难题,三是解决了间接蒸发式制冰系统主机占地面积大、噪音高的世界级难题,是世界滑冰场制冰技术的进步,也将是北京冬奥会给世界的又一个惊喜。

  观看体育赛事,除了关注运动员精彩的表现外,场内外的“黑科技”也是一大看点,如新型材料乒乓球、嵌入NFC芯片足球、影像助理裁判系统等。

  过去的100多年,乒乓球的制造材料一直是赛璐珞(celluloid)。赛璐珞的优点是富有弹性且重量轻,不过其缺点也是极为明显,如其熔点只有110℃,对于储放环境的要求非常严苛,必须控制在温度23℃和湿度50℃,属于易燃物。为了改善乒乓球材料,国际乒乓球联合会从2011年开始召集全球各大乒乓球生产商讨论使用新材料取代赛璐珞的可能性。基于此,由上海红双喜与广州双鱼携手研发的醋酸纤维球应运而生,推出新型材料乒乓球。2014年4月28日举行的日本东京第52届世界乒乓球团体锦标赛是世界乒乓球运动赛璐珞球时代的最后一次世界大赛,此后,醋酸纤维材料球开始走进人们的视野。业内人士介绍,醋酸纤维不但在击球感方面最接近赛璐珞,而且这种材料无毒,不容易自燃,对运输环境要求低。醋酸纤维材料球虽好,但在干冷的环境里球容易爆裂,损耗率高于赛璐珞球20%到30%,因此,醋酸纤维材料球成为新兴材料乒乓球的过渡产品。近年来,随着创新技术不断发展,另一种新型材料球——ABS材料球成为乒乓球比赛用球。该材料中的丙烯腈、丁二烯、苯乙烯等可赋予乒乓球稳定性、耐热性、冲击性、耐寒性,使乒乓球韧性得以提高。

  科技的创新不仅改变乒乓球,同时也改变着足球。2017年11月10日凌晨,国际足联在俄罗斯发布了2018年世界杯比赛用球“电视之星(Telstar) 18”。新球保持了传统外观,同时采用了一些现代化的工艺和科技,其中包括植入NFC(近场通信)芯片。这并非是科技与足球的首次结合,早在2006年德国世界杯,体育用品生产商就在足球内放置芯片,用来记录球场上的数据,大幅提高裁判对球场信息的掌控。据了解,NFC芯片可以记录足球的行进轨迹、球员射门的力度以及足球是否出界等信息,不仅可以辅助裁判进行现场判断,更能帮助每个球队的教练在赛后根据场上数据进行相应的布置。国际足联将该技术运用在足球比赛中,最直接的目的是让足球的信息被场外设备迅速捕捉,比如球的接触面力度、位移轨迹、位移速度、位移方向等。

  此外,科技创新技术的融入还在赛事中起到定纷止争的作用。为了减少争议,国际足球联合会(FIFA)推出了影像助理裁判系统,可以把场内拍摄到的实时画面传输到后台控制中心,由其他助理裁判进行辅助观察、整理、剪辑,并第一时间发回赛场。业内人士表示,这样做的好处是能有效减少主裁判的误判,让球场上的比赛更加公平。

  游泳是奥运会赛场上除了田径以外金牌分布最多的项目,游泳的竞技水平直接影响一个国家在体坛的地位。当我们在为泳坛健儿打破世界纪录鼓掌呐喊时,也会惊叹科技在竞技场上的助力作用。游泳运动区别于其他陆地运动,特点在于需在水中克服阻力,利用浮力,运动员之间的比赛成绩往往相差百分之一秒。

  泳衣作为游泳参赛者的必备着装,历经了多次材料和款式上的变化,其发展历程也是技术创新的一个缩影。19世纪,泳衣的材质主要是羊毛和法兰绒,几乎包裹全身。20世纪30年代,比羊毛泳衣更轻、吸水更少、划水更快的真丝泳衣引起了关注。二战后,尼龙泳衣逐渐取代了羊毛和真丝泳衣,款式也不再包裹全身。上世纪八九十年代,泳衣向着仿人体皮肤的方向发展,莱卡面料被广泛使用。

  有研究发现,水中的阻力约为空气阻力的800倍,游泳运动员在水中划水时所消耗的能量中90%都是用来克服流体力学中的波组、型阻、皮肤摩擦等,阻力问题一直难以解决,最大限度地减少阻力成为泳衣设计的关键。

  随着游泳竞赛越来越激烈,各国纷纷展开对泳衣的技术研发。美国率先将高新科技引入泳衣中,1988年汉城奥运会上,美国游泳名将马特比昂迪身穿“大力士”泳衣参赛,获得了5金1银1铜。该款泳衣是由聚氨酯纤维和超细尼龙纤维的材质制成,重量轻,伸缩性和平滑度都得到了巨大提升,被公认为高科技泳衣的始祖。

  1999年10月,国际泳联正式允许运动员穿鲨鱼皮泳衣参加国际比赛。鲨鱼皮泳衣模仿鲨鱼的皮肤,可减少泳者在水中受到的摩擦系数,采用由特细尼龙纱和耐氯弹性纱仿制而成的LZR Pulse面料,表面采用纵向排列的细小V形纹,可帮助运动员最大程度地摆脱水流带来的阻力,身体能够更加顺畅高效地通过水流,实现快速游动前进,但同时价格高昂、使用寿命短也让经济实力不强的国家和选手望而却步。鲨鱼皮的高科技被质疑违背了比赛不借助外力的本质,国际泳联决定从2010年起禁用鲨鱼皮泳衣。

  虽然鲨鱼皮泳衣被禁止使用,但各国对高科技泳衣的研发始终没有停止。传统的泳衣、泳帽、泳镜等游泳装备是分别独立设计的,将三者结合起来,充分利用人体结构学实现相互协调成为趋势。2012年伦敦奥运会中国运动员孙杨身穿FASTSKIN3泳装夺得400米自由泳决赛冠军。FASTSKIN3泳帽是世界上第一款采用智慧头部弧形技术、扫描多位世界顶尖游泳选手头部曲线D泳帽,以黏合织物制成,并加上防滑帽边设计,能够有效地将头发最大限度地集中塑形,显著改善头顶的流体力学特性,有效降低身体阻力。

  此外,越来越多的泳衣采用融合仿生学原理衍生出超声缝合技术。该技术能在接缝处模仿人类的肌腱与皮肤,接合点的强度接近一整块材料,实现完全缝合无针脚,以最大程度减小阻力。

  田径是体育运动中最重要的部分之一,分为田赛、竞赛和全能比赛,主要包括竞走、跑、跳跃、投掷以及由跑、跳、跃、投掷的部分项目组成的全能运动。运动场作为田径竞技最主要的比赛场所,场地的材质对运动员能力的发挥起到了重要的作用。

  最早的田径运动场跑道材料为土质、煤渣、草皮等,随着田径运动的发展和科学技术的进步,到20世纪60年代,美国明尼苏达矿务及制造业公司首先于1961年用聚氨酯材料铺设一条200米长的塑胶跑道,由于使用效果很好,该材料受到了各国广泛的重视。1965年,原西德正式生产塑胶跑道产品,1967年在加拿大召开的泛美运动会和1968年墨西哥召开的奥林匹克运动会正式采用该跑道产品,并得到国际奥委会的认可,此后便正式把塑胶跑道定为国际比赛的必备条件之一。随即,日本、意大利、英国、法国、瑞士、瑞典等国竞相生产和铺设塑胶跑道。1972年,中国开始研制塑胶跑道,并于1979年9月首次在北京铺设了北京体育馆室内田径场,面积4500平方米。

  目前,聚氨酯(PU)材料、三元乙丙橡胶(EPDM)材料是塑胶运动场地铺面材料的两种主要材料,均已得到了国际田联的认可,成为国际公认的运动场地最佳铺面材料,也是目前国际、国内大型田径比赛的标准场地用材料。据业内人士表示,运动场的铺面材料不仅需要考虑到抵抗挤压、摩擦、鞋钉损失等机械损伤,还要具备抵抗紫外线照射、水和不同温度的自然环境侵蚀的能力,同时,铺面材料面层的平整度、厚度、缓冲性能、垂直变形和摩擦力等均是选择运动场铺装材料需要关注的重点。

  以PU材料为例,该材料首先具有适当的弹性,铺设的跑道弹性适中,既不会因为运动员力的作用对跑道产生较大的变形而浪费运动员的动能,影响成绩,也不会因为弹性较小,运动员受到较大的阻力导致伤害等。此外, PU材料强度、硬度、弹性等指标以及厚度、样式的调节余地大,能适应各种比赛和训练的不同要求,同时耐气候性好,气温高低和温度大小对跑道的影响较小,而且表面不透水,有一定程度的耐化学腐蚀性。不过,由于塑胶运动场地多为甲苯二异氰酸酯型聚氨酯材料,而甲苯二异氰酸酯蒸气压较高时会刺激眼睛,因此,如何让该运动场铺面材料更加环保是新的研究方向。EPDM材料与PU塑胶材料相比,除了抗紫外线等自然侵蚀的能力较弱之外,弹性等方面的性能与PU材料不相上下。最重要的是,EPDM材料所用的原辅料是无毒无污染的,属于环保产品。

  如今,运动场铺面材料最受关注的就是如何让材料更加环保,例如一件名为“一种环保耐候型塑胶跑道”的实用新型专利,提供了一种环保耐候型塑胶跑道,能使跑道材料更加环保,并且使用寿命更长。(知识产权报记者刘仁陈婕陈景秋实习记者李思靓张彬彬)

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