是體育盛事，更是科技盛宴。
文｜李亞靜
編輯｜Lina、石亞瓊
封面來源 | IC photo
截止至8月8日下午13時45分，本次的東京奧運會落下帷幕，中國奧運代表團的體育健兒們取得了38金、32銀、18銅的優異成績，位居全球金牌榜第二。除了乒乓、跳水等傳統優勢項目外，今年，中國奧運健兒們更是在眾多超預期的其他項目中取得了不斷打破世界紀錄，取得了驚人的突破：蘇炳添在東京奧運會的百米半決賽中以9.83秒的絕佳成績一戰封神，成功打破亞洲紀錄，成為全球唯一一位晉級百米決賽的黃種人；而在女子4×200米自由泳接力決賽中，楊浚瑄、湯慕涵、張雨霏、李冰潔四位姑娘則以7分40秒33的成績打破了澳大利亞隊創下的世界紀錄，奪得冠軍。
2021東京奧運會獎牌榜
中國運動員取得的成績和自身努力奮斗密不可分，但在科技飛速發展的當下，各類高新技術已經悄然潛入各大體育賽事，成為推動運動員再創佳績的強大后盾。歷史上，科技強國總能依靠先進的技術、先進的裝備，助力自己國家的運動員取得優異成績，這也給每屆奧運盛會帶來的時代亮色。比如，依靠可以將運動員的游動速度提高3%到7.5%的鯊魚皮泳衣，美國游泳隊一度是泳壇的“常勝將軍”。比如，《每日郵報》指出，“超級鞋”的特制跑鞋讓男子馬拉松選手近年來平均成績提高約2%。如今，隨著中國科技實力增強，越來越多的科技也在幫助中國運動員“更快、更高、更強”。比如，航天九院將航空慣性技術成功嫁接在游泳訓練中，精確捕捉運動員每一秒的姿態、呼吸情況；電影《西虹市首富》中的“陸游器”竟成賽艇訓練秘密武器；專為打破奧運會紀錄奪金的舉重選手“軍神”呂小軍定制的“噸位鞋”……另一個值得關注的趨勢是，隨著以人工智能為代表的計算技術成熟，也很可能被運用到競技體育中，尤其是直接或間接涉及到策略的項目中。比如，足球豪門巴薩和Pixellot從2017前就開始合作，在訓練中做實時數據分析，輔助和執行特定的戰術和動作。再如，與硅谷公司SecondSpectrum合作，NBA球隊金州勇士在2014-2015賽季，40年來來首次拿到NBA總冠軍。今年的奧運會上，奧地利數學系博士后安娜·基森霍夫 (Anna Kiesenhofer)，雖然是個人選手，但憑借著精密的計算和計劃，爆冷奪冠。在未來，這樣的技術很可能還會有更廣泛的應用。科技與資本深度影響競技體育，還將持續。賽場上，早已經不僅僅是各國運動員生理機能的比拼，而是一場體育科技“軍備競賽”。奧運賽場上，運動員向“更快、更高、更強”的目標奮進，為國家民族而戰。奧運賽場外，科研人員同樣進行著“更快、更高、更強”的技術大戰。而這樣的科技“軍備競賽”和超越極限的技術大戰，還將繼續持續下去，且越演越烈。
中國奪冠，不靠興奮劑，靠“黑科技”
1、航天與游泳的夢幻聯動
中國航天科技集團微博慶祝中國游泳隊奪金
7月29日，中國選手張雨霏在東京奧運會女子200米蝶泳中勇奪金牌，隨后中國隊女子4*200米自由泳接力再次奪金。在游泳比賽中，一些微小的動作往往是決定成敗的關鍵，高手之間的對決甚至往往只差在那0.1秒。由于傳統的影像記錄等手段不能定量獲取運動員全部運動信息，尤其是無法對關節間轉動這樣微小的變化進行有效辨識，但航天慣性技術有助于解決這個難題。國家體育總局帶著這樣的項目需求找到了航天九院，希望其可以幫助進行具體產品研發。航天九院13所時代光電公司是我國重要的慣性技術及產品研發基地，一直為我國各型號火箭和航天飛行器提供高品質光纖慣組及光纖速率陀螺。
國家游泳隊隊員參與試驗 圖源：中國航天科技集團微博
該公司將應用在飛行器上的慣性技術成功嫁接在游泳訓練中，慣性技術能捕捉精細動作，利用慣導分系統得到運動員每一秒的姿態、呼吸情況以及在泳池里每一次往返的劃頻、劃幅、劃次、轉身時間等多項技術參數，從而實現對每個動作的精細量化評估。而且，用于運動測量的產品實物外觀看起來極為小巧，重量僅16g，防水等級達IPx7，并采用無線數據收發方式，內置電池無需外接電源。該產品除了核心的慣導分系統，還包括定位與測速分系統、視頻采集分系統、數據綜合分析系統共四部分，能分別實現運動員姿態測量、位置與速度測量、運動視頻拍攝以及數據集成解算和三維模型驅動功能。早在今年上半年，國家游泳隊緊鑼密鼓備戰東京奧運會期間，運動測量團隊就攜帶該自研運動測量產品，配合國家游泳隊開展運動員風洞試驗。張雨霏、楊浚瑄、徐嘉余、劉湘、閆子貝、余依婷等6名世界冠軍均參與了試驗。
2、賽艇“陸游器”
7月28日，中國隊陳云霞、張靈、呂揚、崔曉桐在賽艇女子四人劃槳項目奪冠并打破本項目世界紀錄，這枚金牌的背后也有航天技術的功勞。航天科技集團十一院充分利用在航天領域多年積累的設計與風洞測試專業知識和科研成果，將航天空氣動力設計與測試技術應用于多個奧運比賽項目。
中國女子賽艇隊在參與試驗 圖源：中國航天科技集團
比如，十一院通過風洞試驗研究了運動員抓水、驅動、出水、回槳等不同動作姿態的氣動力大小，四名運動員不同編隊組合對氣動阻力的影響，利用科技手段，提高了運動員競技成績，助力運動員奪冠。對此，有網友調侃說像是電影《西虹市首富》中王多魚開發的“陸游器”。
3、“噸位鞋”
打破奧運會紀錄奪金的舉重選手呂小軍，因為健美的身材被國內外粉絲稱為“軍神”。他腳上極具個性的金色戰靴也引起了大家的注意。
安踏為呂小軍定制的“噸位鞋” 圖源：安踏官方微博
這雙鞋并非普通運動鞋，而是安踏研發的噸位級舉重鞋——“噸位鞋”，它采用超耐磨纖維，耐磨性能達普通材料2.5倍，能承受超14個成人的重量，且鞋子具有足弓避震特性，能吸收足跟沖擊力，降低運動員受傷的可能性。除此之外，安踏還為游泳、摔跤、拳擊、體操等項目的運動員提供了技術裝備。例如，摔跤比賽服采用了防抓科技，面料通過防抓科技極大降低了被對手抓握的機會，提高賽場表現；摔跤比賽鞋采用了口袋式綁帶設計，隱藏鎖住鞋帶，防止鞋帶松脫；體操、蹦床比賽服采用了3D立體剪裁，全方位貼合人體，避免高強度空中動作受風阻影響……
4、復旦科技+航空技術=帆船雙保障
盧云秀榮獲東京奧運會女子帆板RS:X級比賽冠軍 圖源：新華社
7月31日，在東京奧運會女子帆板RS:X級比賽中，中國選手盧云秀獲得冠軍是時隔13年后，中國代表團再次拿到帆船帆板項目奧運會金牌。當天下午，畢焜勇奪男子帆板RS：X級奧運銅牌，實現了中國男子帆板奧運獎牌的零突破。中國帆板乘風破浪的背后，少不了復旦大學信息科學與工程學院通信科學與工程系高級實驗師朱謙、航空工業氣動院體育科技事業部部長王崇利以及其團隊們的支持。在本屆奧運會期間，朱謙團隊提供的技術保障工作，本質上是賽場環境信息收集工作，要做的就是在大賽正式開始之前給教練員和運動員提供有關賽場水文情報分析和科學預測的報告。由于在正式比賽時，是不可以使用任何的監測儀器的，這就需要通過賽前一年的監測，實現比賽同期時間段的水文信息預測。朱謙團隊在2019年7月和8月就到達日本神奈川藤澤市江之島的比賽現場進行實地勘察，進行監測和數據采集，然后對這些數據進行整理、分析，建立科學模型，最終實現預測。朱謙團隊充分結合中國人古老的智慧，根據農歷而非公歷，來做數據采集時段工作計劃，從而掌握賽場天文潮汐流的變化規律。在2海里至3海里的比賽距離內安放多個監測點，翔實記錄每一個時間點的氣象變化，盡最大努力做到精細化、同步化測量，具體到同一個時間不同點的風的情況，幫助選手在起航和比賽過程中判斷對自己有利的航道。王崇利團隊則充分利用航空科技手段，科學準確地獲取帆船帆板運動風帆氣動力、船體水阻力以及帆船航行姿態、船速等關鍵信息。比如，通過風洞試驗和空氣動力計算仿真的手段，基于體育風洞搭建了吹風試驗系統，對風帆的氣動力進行了一系列吹風研究，獲取了風帆的基本氣動力數據庫；通過水動力計算手段，對國家隊帆船帆板等器材開展三維掃描建模，并進行水動力對比計算研究工作，對不同器材的水動力性能進行了對比；通過研發基于GPS和陀螺儀原理的無線傳感器實現了帆船海上訓練數據的實時采集，為教練員對訓練效果評估提供了量化的數據。
奧運會背后
從來都是強國的科技“軍備競賽”
1、“超級鞋”
沃霍爾木穿著超級鞋在東京奧運會男子400米欄決賽 圖源：Dailmail
在8月3日東京奧運男子400米欄決賽上，來自挪威的沃霍爾木和美國的本杰明都打破了封塵已久的世界紀錄攬下了金銀牌。這原本是件值得慶賀的勝利，但兩人卻因為腳上所穿的特制跑鞋而陷入了爭議之中。無論是沃霍爾姆還是本杰明，都穿了被稱為“超級鞋”的一種蘊含著高科技的釘子鞋（分別來自不同的生產商）。兩種鞋子的主體材料都是碳纖維板，本杰明的鞋子中有氣墊層，被認為就像奔跑在蹦床上一樣，有助于跨欄；沃霍爾姆的鞋子中沒有氣墊，鞋底也同樣是碳纖維板加固，不過和氣墊的作用差不多，都可以提供額外的強度、平衡和彈跳力，此外他的鞋子也要更輕一些。《每日郵報》將“超級鞋”的運用，稱為跑道上的“軍備競賽”，而專家也認為，由于科技提供的支持，運動員們的成績將會越發有提升。而根據一份報告顯示，相較于普通的跑鞋，“超級鞋”會讓奔跑速度更快，性能提高3%，而這也是男子馬拉松選手近年來平均成績提高約2%的原因之一。
2、已被禁止的“鯊魚皮泳衣”
身穿鯊魚皮的游泳運動員 圖源：網絡
在2000年的悉尼奧運會上，來自澳大利亞18歲的伊恩索普首次穿上了鯊魚皮泳衣，連續打破了三項世界紀錄，一舉拿下了三枚金牌，這也使得鯊魚皮泳衣名聲大噪。從那時起，許多游泳運動員便穿上了鯊魚皮泳衣，掀起了一陣泳壇破紀錄的狂潮，當然這也引發了諸多爭議。鯊魚在水中游動的速度極快，最快可達近六十公里每小時。在電視上看見的鯊魚表皮好像非常光滑，實際上并非如此，真正的鯊魚皮是很粗糙的，表面布滿了非常多細小的鱗片，這些細小的鱗片就像一個個小小的導流片，讓水流可以更快地從身體上流過，能夠明顯降低水的摩擦阻力，從而讓鯊魚在捕獵過程中能夠游得更快。受此啟發，科學家在設計鯊魚皮泳衣時，同樣采用了這種結構，使得游泳運動員在水中的阻力可以減少3% ——這個數字看起來似乎相差不大，但這往往能夠決定一場比賽的成敗，要知道一場游泳比賽能有0.01秒的進步，運動員都要在背后付出巨大的努力。因為鯊魚皮泳衣在泳壇的驚人表現，人們的比賽重點好像開始不斷跑偏，原本游泳比賽比的是體育運動員本身的實力，可是慢慢演變成一項科技比拼，Speedo在設計鯊魚皮泳衣時，更是與美國航天局NASA開始合作，利用風洞來測試泳衣在流體中的性能表現，這種跑偏在一定程度逐漸開始破壞比賽的公平性。鯊魚皮泳衣雖然有助于幫助選手提高成績，但是違背了游泳運動不借助外力的本質，所以2010年此類高科技泳衣已被國際泳聯宣布永久禁止，炙手可熱的鯊魚皮泳衣也就此離開了歷史舞臺。
東京奧運會里還有這些“黑科技”
除了幫助運動員們在體育賽事中不斷突破自身，取得更好的成績，前沿科技同時也在不斷支持著奧運賽場的其他工作。
1、吉祥物機器人
東京奧運會吉祥物Miraitowa和殘奧會Someity
本次東京奧運會，日本選擇了機器人的形象作為此次東京奧運會的吉祥物代表。據悉，機器人形象在2000多個東京奧運吉祥物設計方案中脫穎而出，與三方面因素有關：其一是近年來機器人發展不斷加快，引發的智能化潮流受到越來越多人認可；其二是日本在機器人產業擁有強大實力，可以展現國家自信；奧運吉祥物為機器人形象可以看出日本對于機器人的看重，彰顯出機器人將是本屆奧運的關鍵元素。日本在賽事還未召開前就向全球展示了要辦一場機器人參與的奧運會的藍圖。2019年東京奧組委發布《東京奧運會機器人計劃》，特意委托松下、豐田等公司生產一批機器人產品，投入奧運會日常運營。此外，由于本次東京奧運會多次因為疫情進入緊急狀態而延期，最終采取無觀眾形式舉辦，現場只能靠播放往屆掌聲來保證氛圍。而在這種混亂又冷清的比賽盛事中，機器人的存在就顯得格外重要。
Miraitowa機器人 圖源：開眼視頻
豐田把Miraitowa做成了實體機器人，能通過機載攝像頭識別面部表情，并與對方互動。嵌入腳底的傳感器能每 1/1000 秒發送一次信息以計算重心；關節上被 3D 打印材料覆蓋，不再顯得那么機械化；眼球可以與人類操作員的眼睛保持同步，保證了機器人與人們的眼神交流。
2、“機器人奧運村”
據《東京奧運會機器人計劃》，機器人最先落地的場景就是奧運村。東京奧運村堪稱“機器人村”，其中存在著日本機器人巨頭們打造的各種設備產品，比如可以指路的機器人HSR、送水機器人DSR、能收集標槍和鉛球的機器人FSR、能裝載20名乘客往返奧運村和賽場的汽車機器人e-Palette，還有清掃、翻譯、警衛、快遞寄送各服務領域的機器人等等。其中部分導航機器人還加入了AI技術，會識別臉部表情，主動做出賣萌、擊掌打招呼等小動作。值得一提的是，本屆東京奧運會是首屆使用自動駕駛技術的奧運會。自動駕駛車上配備了控制攝像頭、激光雷達、傳感器等軟硬件。豐田推出的e-Palette自動駕駛出行服務車在奧運村里奔跑，可以通過后臺指揮中心就可以實時了解其運行狀態。
3、“氣氛王”——T-HR3
T-HR3機器人 圖源：開眼視頻
T-HR3是從 2017 年就開始研發的人形機器人，在一、二代可演奏樂器的基礎上，根據編程實現了動作等位置控制的準確性。它依靠的是一臺叫Master Hand的控制器，能讓人類控制機器人精細到手指上，可以實現撿硬幣的操作。用戶在戴上VR 護目鏡后就同步操控這一機器人，甚至能將機器人的觸感傳導到自身。在今年奧運賽場里，T-HR3 主要負責將賽場的圖像和聲音傳輸到場外，為觀眾制造某種親臨現場的錯覺，觀眾也能通過機器人和運動員交流、擊掌。
4、AI“鷹眼”裁判
AI打分輔助系統 圖源：HNK
鷹眼裁判一直是奧運賽場上的重要科技力量。東京奧運會采用富士通AI打分輔助系統。該AI評分系統通過向選手的身體及其周邊投射紅外線，完成動作追蹤。AI技術根據動作的三維立體圖像，例如身體的旋轉和扭動等進行分析，AI再針對圖像展示的動作做出分析，遵照打分標準判斷技術完成度，能夠輔助裁判打分。
5、投籃機器人
投籃機器人 圖源：朝日新聞
7月25日晚，在法國 VS 美國的男籃小組賽中場休息時，一個兩米高、一身黑色金屬盔甲、穿著 95 號球衣的機器人出現在球場。通過腳底的滑輪，它移動到罰球線、三分線和中場線上投籃，命中率100%。這是豐田設計的投籃機器人，Cue。取其「提示」之意，像是未來科技到來的一個信號。在它的胸部有一個傳感器，可以通過 3D 映射技術來定位籃筐，再調整手臂和腿上的馬達，創造出完美的角度后投籃。它第一次出現是在 2018 年，比現在版本要矮一點。第二年，經過 20 萬次 AI 投籃強化訓練后，這個投籃機器人創造了世界紀錄：連續罰球2020個，沒有任何失誤。
6、3D運動員追蹤技術（3DAT）
3D運動員跟蹤技術 圖源：36氪
此次東京奧運會首次引入因特爾聯合阿里巴巴開發的3D運動員跟蹤技術，基于AI和機器視覺，可以對運動員3D形態進行提取，通過創造一種全新的轉播方式——即時回放中對比賽亮點進行分析、解讀和復核。這種計算機視覺解決方案可以實時洞察運動員數據并進行廣播覆蓋，無需穿戴設備、傳感器。
7、轉播云技術
OBS Cloud 圖源：奧林匹克廣播服務公司
此次奧運會沒有現場觀眾，這就意味著全球觀眾將通過“云”方式進行觀看賽事，全球200多個國家需要同時進行轉播。奧林匹克廣播服務公司聯手阿里云打造的奧林匹克轉播云，在東京奧運會派上了用場，改變了以往奧運會現場報道需要專門建設部署臨時遠程轉播基礎設施，將傳統上必須集中到一個地點的轉播系統拆分為三部分：前端信號采集、云端編輯處理、導播制作環節，讓東京奧運會的國際轉播中心面積縮小了25%，現場工作人員也減少了27%。
8、超沉浸式通信技術Kirari
Kirari技術展示 圖源：IT之家
日本TOP1通信運營商NTT聯手合作伙伴，基于5G技術和自身打造的超沉浸式通信技術Kirari，在帆船比賽中亮相。通過Kirari，可以將船只上或無人機上搭載的多臺4K攝像機拍攝的實時畫面，實時組合成由3幅4K圖像組成的12K分辨率超寬圖像，從而達到單個攝像機無法捕獲到的高分辨率和廣視角，然后通過5G技術，將12K超寬合成圖像實時傳輸到漂浮在前方的55米海上寬屏上，讓觀眾可以身臨其境“參與”競賽。此次東京奧運會像是一個大型實驗室，為人工智能在各領域的實踐提供了珍貴的機會。經過奧運會實驗和推廣的人工智能產品，相信在之后推廣到社會各領域的時候一定會大放異彩。
9、動力外骨骼機器人
東京奧運會工作人員身著動力外骨骼機器人搬運重物 圖源：網絡
動力外骨骼機器人是一款輔助人體搬運工作的動力設備，將它穿戴身上，機器人將幫助工作人員在搬運重物時緩解腰部的受重壓力，可以有效降低工作人員在搬運重物時受到的重力壓迫傷害。這種動力設備的輔助系統正在大力研發中，對于老年人和行動不便利的殘疾人群，動力外骨骼機器人的研制和應用，會為他們提供極大的行動便利。
結語：體育場上的“軍備競賽”
隨著科學訓練在體育賽事中扮演的越來越重要的地位，當前，奧運賽場上已經不僅僅是各國運動員生理機能的比拼，而是一場體育科技“軍備競賽”。正如上文中《每日郵報》所提供的數據，類似“超級鞋”的特制跑鞋讓男子馬拉松選手近年來平均成績提高約2%。從游泳到田徑、從舉重到賽艇，在各類前沿科技的支持之下，體育健兒們正不斷突破人類極限，書寫更為燦爛的奧運華章。 【免責聲明：本文版權歸原作者所有。為尊重版權，我們盡量標注文章來源，若不愿被轉載或涉及侵權，請及時通過在線客服和郵箱聯系，郵箱地址：wutongtai@wttai.com，我們將第一時間予以刪除】
