隐形的翅膀

• 2022-03-10 09:19:37 来源：北京日报

2002年，在美国盐湖城，4名中国运动员第一次踏上了冬残奥会赛场，这是中国体育代表团首次参加冬残奥会。20年后，在北京2022年冬残奥会上，共有96名中国残奥运动员拿到了“入场券”，参与全部六个大项的竞技。这是我国参加冬残奥会以来，代表团规模最大、运动员人数最多、参赛项目最全的一次。

而在这些历史性突破的背后，我国残疾人冬季体育科研的进步功不可没。打造“火眼金睛”追踪运动轨迹提升训练效果，通过合理膳食提升运动员竞技状态，“一人一策”为残疾运动员定制个性化训练方案……一批最新科研成果，为冬残奥运动员在赛场上争金夺银插上“隐形的翅膀”。

在北京冬残奥会赛场，季林红教授为我国冬残奥会冬季两项运动员开展装备维护。本报记者 武亦彬摄

“火眼金睛”助力排兵布阵

位于顺义区的国家残疾人冰上运动比赛训练馆内，12名残奥冰球运动员正在进行训练，他们自如地控制冰橇，灵活地左右移动冰球杆，激烈碰撞、快速传球、精准射门……在激烈的冰球比赛背后，一双“火眼金睛”为中国残奥冰球队备战北京冬残奥会立下“汗马功劳”。

这双“火眼金睛”全称叫“智能运动感知技术与辅助训练系统”，是由北京交通大学国家轨道交通安全评估研究中心副研究员刘思平牵头负责、北京冰锋科技有限责任公司实施研发的“科技冬奥”重点项目。该系统可利用复杂环境下高速滑行精准轨迹追踪，为残奥冰球、高山滑雪、速度滑冰等项目的日常训练“出谋划策”。

“我们研发出了一套高速滑行精准定位算法，对运动员的整个运动过程进行复盘。”刘思平介绍，该项目针对冰球运动高速滑行等特点，对每位运动员进行每秒100次的定位监测，精度可达5至10厘米。“这意味着每名运动员的实时位置、运动轨迹等数据都能被高效、迅速地获取，以辅助教练员进行更好地‘排兵布阵’。”

参加残奥冰球项目的均是下肢残疾的运动员，在比赛中，他们用冰橇代替冰鞋，坐在冰橇上的特制座椅上做出击打冰球等动作。团队还针对其运动特性对智能系统进行了专属设计，“日常训练中，每位运动员都会佩戴一枚‘智能标签’，通过超宽带技术与场馆内安装的定位基站实时通信，以追踪和采集运动员的轨迹。”刘思平揭秘。

抬起头，四根天线悬置于场馆穹顶四方，连接着几个“黑匣子”似的定位基站。“光是安装基站就费了大功夫，团队成员要背着各种工具爬上约15米高的房顶，用线、支架等把定位基站吊装在屋顶的马道上。”刘思平解释，如此大费周章是为了给教练员更快更好地“交作业”——定位基站要装在高处才能有效接收智能标签发出的信号，科研团队再以最快速度将准确数据生成训练报告，辅助教练员优化竞训方案。

智能标签的固定位置也有讲究——雪车雪橇项目的标签固定在车上，速度滑冰项目的标签系在运动员脚踝上，冰球项目使用的则是头盔定位标签。团队根据不同运动项目设计了腕带定位、头盔定位、雪车专用定位等多种形态的标签，以满足冬季项目的不同应用场景。

由于残奥冰球项目以坐姿进行比赛，运动员全身距冰面较近，定位信号容易受到冰面和冰橇影响，所以团队选择在位于“最高处”的头盔上固定标签。北京冰锋科技项目负责人李漩解释：“这意味着冰球赛场上的12名运动员即便处于互相遮挡、一片混战的情况下，定位信号也可以不受阻碍地发送出去。”

除了精准定位功能，这套智能运动感知系统还能针对不同项目所关注的数据进行重点监测。“在高山滑雪项目中，运动员通过旗门时的数据是影响比赛结果的关键。”李漩说，系统会采集高山滑雪运动员的速度、距离、角度等数据，并综合绘制成运动曲线。“教练员可以通过数据发现运动员某次训练结果不佳的原因，比如在通过某个旗门时角度和距离过大，导致了过多的速度损失。这就帮助运动员精准地找到了问题，并提出改进方案。”

提到高山滑雪项目的数据采集，李漩皱了下眉头，用“不容易”三个字形容。山上信号不好，必须在高处架设定位基站，信号才能被接收到。“没办法，我们只能用最‘原始’的方法——爬树，把定位基站捆在树枝上。”李漩说，科研人员爬上约五米高的大树，小心翼翼地将基站用线和胶带捆扎在树枝上，还要用网线把各个基站连接在一起。

“去年冬天最冷的时候，山上气温零下三十摄氏度，电脑在室外没几分钟就黑屏了，无人机也都迫降‘罢工’了。”李漩回忆，那段日子，团队每天要徒步往返驻地和半山腰的测试点，安装基站、测试信号、分析数据……“手脚失去知觉是常事儿。不过当时大家都没太感觉出来，心思全在‘捕捉’运动员通过旗门时的关键数据上。”

在本届冬残奥会的赛场上，“火眼金睛”的实力正在被检验。“在前期训练中，我们的系统得到了教练团队的认可，相信运动员们可以借助它发挥出最好的水平。”李漩说。

“健康管家”养胃又懂脑

高山、冰面、雪场……冬季运动项目的训练和比赛场地多处于低气温或高海拔的条件下，运动员除了需要具备过硬的运动实力外，拥有健康的生活习惯也是制胜的法宝。首都体育学院副教授黄兴及其团队化身养胃懂脑的“健康管家”，从训练和膳食两方面攻关，为冬残奥越野滑雪、轮椅冰壶等团队制定“健康计划”和“营养菜谱”。

“均衡膳食会为运动员插上一双隐形的翅膀。”黄兴说，特别是对于残疾运动员来说，健康良好的饮食和生活习惯对竞技成绩的提升和心态的调整至关重要。由该校科研团队负责的“冬残奥越野滑雪、冬季两项与轮椅冰壶项目运动员身体机能特征、专项体能及心理训练的关键技术”项目，已连续三年为轮椅冰壶国家队开展科技攻关服务工作。

通过长期跟踪监测，团队发现，由于轮椅冰壶项目运动员常年坐轮椅，经常会出现便秘的情况，既影响训练，也不利于身体健康。“长时间保持坐姿，会导致胃肠蠕动减缓、代谢减慢，超重的问题也很常见。”通过营养配比，黄兴对运动员餐食的膳食纤维和食物来源进行调整。

“我们会教运动员一些相对有趣且易懂的小诀窍，帮助他们改变固有的饮食习惯。”黄兴举例，为了让轮椅冰壶运动员增加对新鲜蔬菜和水果的摄入，建议每餐食物的颜色不少于5种。“我们还会建议食堂后厨增加一些粗粮主食，如糙米饭、红薯、玉米等，提高膳食纤维的摄入，改善便秘等问题。”

补钙也是轮椅冰壶运动员的一项重要任务。“由于他们长期在没有阳光的室内训练，冰上环境相对阴冷，运动员的肢体容易因缺钙而抽筋，影响训练。”黄兴在营养讲座上向运动员科普人体所需的营养物质知识，建议他们通过膳食增加钙的摄入，并常晒太阳。

牙龈出血了，就把炒菜换成清热去火的凉菜；赛前感到焦虑，晚餐就多吃些助眠食物，然后舒服地睡一觉；长时间高强度训练后，把含电解质的运动饮料“安排”上……黄兴团队根据每位运动员在各个阶段的不同情况给出个性化营养建议。令她欣慰的是，运动员在体能、心态、健康等方面都有了不同程度的改观。

在冬季运动中，“补液”问题容易被忽略。“长时间高强度运动后，要补充含钠离子等电解质的运动饮料，避免大量喝白水。”黄兴说，通过身体监测，团队发现运动员在高海拔地区的液体流失是在平原的3至4倍。“这意味着，要加大对高山滑雪等项目运动员的科学补液，每日须达到1.2升至1.7升。”

喝水与运动的时间关系也有讲究：少于半小时的运动无需补液；运动持续一小时左右，需要少量多次补水；当运动时间超过60分钟，就得喝含有糖和电解质的运动饮料。“经常听到运动员感叹：‘原来喝水还有这么多门道’！”黄兴说，科学有效的补液不仅能帮助运动员缓解疲劳、增加耐力，还能加速身体的新陈代谢，提高运动能力。

“我一直坚信，合理膳食是良医，通过科学饮食促进竞技能力提升是一件很酷的事。”黄兴说，自己的父亲是一名医生，常跟她聊起一些典型病症。因此，她能对疾病带来的痛苦感同身受。在她看来，从事体育科研工作，通过营养监测等方法让运动更加科学健康，是一项重要的使命。

除了营养管家，黄兴团队还有一个身份——疲劳检测师。“冰壶项目又被称为‘冰上象棋’，是脑力和体力的双重比拼。”黄兴说，尤其是对残疾运动员来说，需要克服比健全人更多的困难。“竞训后，有的运动员感到很累，有的会说‘我可以，没问题’。到底还要不要继续训练？数据来说话。”团队成员孟思宇说。

团队基于“中枢疲劳检测系统”，敏锐精确地判断运动员是否处于疲劳状态，是否需要休息，“读懂”运动员的大脑。“这不仅能够帮助教练员科学地安排训练时间、制定训练计划，还可以调整和优化运动员的身体机能，有利于身体健康。”

“一人一策”定制训练方案

“咱们国家的残疾人冰雪运动，底子确实薄了些。”作为既承担过残疾人辅助器具研究，又有运动科学项目科研经验的专家，清华大学智能与生物机械研究室主任季林红坦承，虽然我国的体育科技近年来取得了迅猛发展，但绝大多数研究都聚焦于健全人的体育科学，与残疾人冬季体育相关的研究方向，科研基础薄弱。

选拔优秀运动员、制定科学的训练方案、打造竞技辅助器具……从2018年10月起，季林红带领科研团队，承担起国家重点研发计划“科技冬奥”重点专项“冬残奥运动员运动表现提升关键技术”的攻关任务，“计划的目标和方向是明确的，至于推进过程中遇到的困难，我们就在做中学。”

在集训队里，每名残疾运动员都十分珍惜这来之不易的机会，绝不吝惜训练中的汗水。但不少残疾运动员是“半路出家”，对人体结构、运动基本规律等问题缺乏科学认知，存在不良的训练习惯，训练后常常出现腰疼、背疼等不适。起初，科研团队认为这是放松拉伸不足或医疗问题所致，但经过详细研究，季林红发现，有肢体残疾特别是单侧截肢的运动员习惯单侧发力，很容易出现核心肌肉力量不对称。如果长时间得不到纠正，会导致骨盆、肩胛不稳等二次损伤，甚至加重残疾程度。

“这让我们清醒地认识到，我们所承担的任务和服务的对象究竟有多特殊。”季林红团队与国家体育总局体育科学研究所、上海体育学院等多家单位一道，以健全人及夏季残奥会的体育科研成果为基础，逐步完善适合冬残奥会运动员的科学训练体系。

参与同一项目的健全运动员，日常训练的体能、基础项目等通常区别不大，但残疾运动员即使同在一个项目，训练方案也必须“一人一策”。“道理很简单，你没法让一位左臂截肢的运动员做俯卧撑。”季林红说，制定个性化训练计划，并配备合适的辅助器具，才能帮助残疾运动员有效提升成绩。

“科学化，首先是要量化。”季林红说，在三年多的科研过程中，团队建设起一套数字化监控系统平台，每日记录运动员的生理参数、训练强度、技术动作等信息，建立起科学的数据模型，并据此调整训练方案，让运动员在发挥自身潜力的同时，避免疲劳甚至损伤的发生。

而辅助器具几乎是每位残疾运动员参赛的必需品。根据竞技项目和残疾程度的差异，运动员所需辅具的结构、用途也都不尽相同。比如越野滑雪时，下肢截肢的运动员通常选择跪在滑雪架上，患有小儿麻痹的运动员则大多使用坐姿。由于姿态、发力方式等差异，每位运动员的雪架自然要进行个性化设计，大到雪架整体的材料、结构，小到一处踝关节、膝关节假肢接口的舒适度，每个细节都会直接影响到运动员的竞技水平，都要根据运动力学的规律进行调整。

但任务紧迫，样品反复生产迭代再进行实地测试，在时间上不允许。于是，滑雪过程的训练、测试被“搬”到了室内，团队建立起监测滑雪运动员运杆、滑行过程发力和动作姿态的试验系统。运用航空母舰上飞机起飞所用的弹射技术，运动员用力滑出后，装有传感器的雪板快速归位，在原地即可实现“滑行”，真实模拟运动员在雪场的运杆动作和身体姿态。通过传感器，训练系统能实时监测和记录运杆的力度、角度，评判坐姿运动员的滑雪架参数与设计细节是否符合竞技需求，动作、技能是否需进一步优化。

功夫不负有心人。3月6日，郑鹏在北京冬残奥会越野滑雪男子长距离（坐姿）比赛中夺冠，这是中国运动员在残奥越野滑雪项目上获得的首枚金牌。

“我们都希望在赛场上升起国旗、奏响国歌，但冬残奥会更多是在精神层面，残奥运动员展现的是超越身体障碍的风采。”季林红说，科技的助力固然是竞技体育的重要一环，但更关键的是运动员、教练员和保障团队上下一心，汗水与技巧相容，才能实现成绩的快速提升。科研人员并不是单方面地为残疾运动员提供帮助，而是与他们共同前行。

有些截瘫运动员腿部对冷的知觉不敏感，在冬季户外竞技中容易冻伤而不自知，团队便针对性地开发出保暖护具，为运动员维持身体感觉，保持舒适恒定的温度。单板滑雪项目速度快，截肢运动员需装配滑雪假肢实现灵活自如的动作和竞技姿态，团队设计出国内首款满足单板滑雪运动需求的滑雪假肢，还研制出提升专项能力的多个训练装置，综合提升截肢运动员的竞技成绩。

季林红表示，在为残疾运动员提供科技服务时，必须要聚焦他们的实际困难和需求，“比如单侧肢体缺失导致的发力不对称，对核心力量会产生负面影响，在此之前，或许残疾人朋友自己都没有意识到这是个问题。”“科技助残”工作要形成为残疾人服务的认知和设计理念，用科技更好地实现功能的代偿，帮助残疾人更好地融入社会。

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