北京高校為冬殘奧會拿出不得了的高科技產(chǎn)品

研發(fā)一雙“火眼金睛”，對高速滑行軌跡進行精準追蹤，開發(fā)智能升降臺，為冬殘奧場館“拆”門檻兒，高科技也有溫度……在即將開幕的北京冬殘奧會上，一批來自北京高校的“高科技”助力殘疾人運動員沖破自我、挑戰(zhàn)極限。

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“火眼金睛”采集運動數(shù)據(jù)

位于順義區(qū)的國家殘疾人冰上運動比賽訓(xùn)練館內(nèi)，12位殘奧冰球運動員正在進行訓(xùn)練，他們自如地控制冰橇，靈活地左右移動冰球桿，激烈碰撞、快速傳球、精準射門……在這場激烈的冰球比賽背后，一雙“火眼金睛”正在為殘奧冰球運動員備戰(zhàn)北京2022年冬殘奧會提供幫助。

由北京交通大學(xué)國家軌道交通安全評估研究中心副研究員劉思平牽頭負責(zé)、北京冰鋒科技有限責(zé)任公司實施研發(fā)的科技冬奧重點項目——“智能運動感知技術(shù)與輔助訓(xùn)練系統(tǒng)”，利用復(fù)雜環(huán)境下高速滑行精準軌跡追蹤，為殘奧冰球、高山滑雪、速度滑冰等項目的日常訓(xùn)練“出謀劃策”。

“我們研發(fā)出了一套高速滑行精準定位算法，對運動員的整個運動過程進行復(fù)盤。”劉思平介紹，該項目針對冰球運動高速滑行等特點，對每位運動員進行每秒100次的定位監(jiān)測，精度可達5至10厘米。“這意味著每名運動員的實時位置、運動軌跡等數(shù)據(jù)能被高效、迅速地獲取，以輔助教練員優(yōu)化競訓(xùn)方案，更好地進行‘排兵布陣’。”

在比賽中，殘疾人冰球運動員用冰橇代替冰鞋，坐在冰橇上的特制座椅上進行擊打冰球等動作。團隊還針對其運動特性對智能系統(tǒng)進行了專屬設(shè)計。“日常訓(xùn)練中，每位運動員都會佩戴一枚‘智能標簽’，通過超寬帶技術(shù)與場館內(nèi)安裝的定位基站實時通信，以追蹤和采集運動員的軌跡。”劉思平說。

標簽的固定位置大有講究——雪車雪橇項目的標簽固定在車上，速度滑冰系在運動員腳踝上，冰球項目使用的是頭盔定位標簽。團隊根據(jù)不同運動項目設(shè)計了腕帶定位、頭盔定位、雪車專用定位等多種形態(tài)的標簽，滿足冬季項目應(yīng)用的不同場景。

由于殘奧冰球項目以坐姿進行比賽，運動員全身距離冰面較近，定位信號容易受到冰面和冰橇的影響，所以，團隊選擇在頭盔上固定標簽。北京冰鋒科技項目負責(zé)人李漩解釋道：“這意味著冰球賽場上的12名運動員即便處于互相遮擋、一片混戰(zhàn)的情況下，定位信號也可以不受阻礙地發(fā)送出去。”

除了精準定位功能，這套智能運動感知系統(tǒng)還能針對不同項目所關(guān)注的數(shù)據(jù)進行重點監(jiān)測。“在高山滑雪項目中，殘疾運動員通過旗門時的數(shù)據(jù)是影響比賽結(jié)果的關(guān)鍵。”李漩說，系統(tǒng)會采集高山滑雪運動員的速度、距離、角度等數(shù)據(jù)，并綜合繪制成運動曲線。“教練員可以通過數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)運動員在某次訓(xùn)練結(jié)果不佳的原因，比如他在通過某個旗門時角度和距離過大，導(dǎo)致了過多的速度損失。這就幫助運動員精準地找到了問題，并提出改進方案。”

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“健康管家”科學(xué)安排膳食

高山、冰面、雪場……冬季運動項目的訓(xùn)練和比賽場地多處于低氣溫或高海拔的條件下，運動員除了需要具備過硬的運動實力外，足夠的體能和營養(yǎng)補充也是制勝的法寶。首都體育學(xué)院副教授黃興及其團隊成為“健康管家”，從訓(xùn)練和膳食兩路攻關(guān)，為冬殘奧越野滑雪、輪椅冰壺等項目團隊制定“健康計劃”和“營養(yǎng)菜譜”。

“均衡膳食會為運動員插上一雙隱形的翅膀。”黃興說，特別是對于殘疾人運動員來說，健康良好的飲食和生活習(xí)慣對競技成績的提升和心態(tài)的調(diào)整至關(guān)重要。由該校科研團隊負責(zé)的“冬殘奧越野滑雪、冬季兩項與輪椅冰壺項目運動員身體機能特征、專項體能及心理訓(xùn)練的關(guān)鍵技術(shù)”項目，已連續(xù)三年為輪椅冰壺國家隊開展科技攻關(guān)服務(wù)工作。

通過長期跟蹤監(jiān)測，團隊發(fā)現(xiàn)，由于輪椅冰壺項目運動員常年坐輪椅，經(jīng)常會出現(xiàn)便秘的情況，影響訓(xùn)練的同時還不利于身體健康。“長時間保持坐姿，會導(dǎo)致胃腸蠕動減緩，代謝減慢，超重的問題也很常見。”通過營養(yǎng)配比，黃興對運動員餐食的膳食纖維和食物來源進行調(diào)整，幫助他們解決煩惱。

“我們會教運動員一些相對有趣且易懂的小訣竅，幫助他們改變固有的飲食習(xí)慣。”黃興舉例，為了讓輪椅冰壺運動員增加對新鮮蔬菜和蔬果的攝入，她會建議每餐食物的顏色不少于5種。

補鈣也是輪椅冰壺運動員的首要任務(wù)。“由于他們長期在沒有陽光的室內(nèi)訓(xùn)練，冰上環(huán)境相對陰冷，運動員的四肢經(jīng)常因缺鈣而抽筋，影響訓(xùn)練。”黃興在營養(yǎng)講座上向運動員科普人體所需的營養(yǎng)物質(zhì)知識，建議他們通過膳食增加鈣的攝入，常曬太陽……

牙齦出血了，就把炒菜換成清熱祛火的大拌菜；賽前感到焦慮，晚餐多吃些助眠食物，然后舒服地睡一覺；長時間高強度訓(xùn)練后，把含電解質(zhì)的運動飲料安排上……黃興團隊根據(jù)每位運動員在各個階段的不同情況給出個性化的營養(yǎng)建議。令她欣慰的是，運動員在體能、心態(tài)、健康等方面都有了不同程度的改觀。

除了營養(yǎng)管家，黃興團隊還有一個身份——疲勞檢測師。“冰壺項目又被稱為冰上象棋，是腦力和體力的雙重比拼。”黃興說，尤其是對殘疾人運動員來說，需要克服比健全人更多的困難。“競訓(xùn)后，有的運動員感到很累，有的會說‘我沒問題’。到底還要不要繼續(xù)訓(xùn)練？數(shù)據(jù)來說話。”團隊成員孟思宇說。

團隊基于“中樞疲勞檢測系統(tǒng)”，敏銳精確地判斷運動員是否處于疲勞狀態(tài)，是否需要休息，“讀懂”運動員的大腦。“這不僅能夠幫助教練員科學(xué)地安排訓(xùn)練時間、制定訓(xùn)練計劃，還可以調(diào)整和優(yōu)化運動員的身體機能，有利于身體健康。”黃興說。

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智能輪椅自如穿行各場館

在國家體育館東、西北門旁，有兩臺大塊頭升降臺，沿著樓梯軌道平穩(wěn)地搭載各位坐輪椅的殘疾朋友。在“智能升降臺”背后，一支來自北方工業(yè)大學(xué)的團隊致力于給冬殘奧場館“拆”門檻兒——研發(fā)高穩(wěn)定性、安全性的軌道型輔助上下樓設(shè)備和智能系統(tǒng)以及智慧輪椅。

開發(fā)有溫度、有人情味的產(chǎn)品，是團隊不變的初心。團隊骨干李姝說，前期調(diào)研中，團隊發(fā)現(xiàn)場館中原有的設(shè)備存在開機等待時間長、抖動幅度大、運行狀態(tài)無法監(jiān)控等問題。“這會讓殘疾人感到?jīng)]有安全感。”對此，團隊嘗試站在乘坐者的角度琢磨研發(fā)思路——“不要我們覺得好，而是要殘疾人覺得用起來方便才行”。

于是，團隊成員坐上輪椅，感受殘疾人的使用體驗，果然找到了改進方向。“坐在輪椅上按墻壁上的電梯呼叫鈕，勢必要探著身子，努力伸長胳膊去夠，這個設(shè)計要改得方便些”“乘坐者在升降平臺上可能會誤碰操作按鈕，功能鍵要有類似‘童鎖’的功能”……

“智能升降臺安裝在戶外，北京冬季平均氣溫在零上2攝氏度到零下5攝氏度，對電氣元器件的安全和穩(wěn)定性要求更高，必須精挑細選。”李姝說：“研發(fā)階段正好趕上北京最寒冷的三九天，我們的腳都凍麻了。不過當時大家都沒太感覺出來，一門心思解決因為溫度太低電腦無法開機等問題。”

團隊在一遍遍嘗試中發(fā)現(xiàn)問題、修改方案，最終研發(fā)出了這臺高效、穩(wěn)定、安全的“智能升降臺”。“目前，我們的設(shè)備已經(jīng)實現(xiàn)了通過按鈕及遙控器控制上行或下行。平臺還配備了安全保護系統(tǒng)，使用者操作失誤或者硬件出現(xiàn)故障時可以有效提示并緊急停車。”李姝自豪地拿出測試數(shù)據(jù)：平臺開機等待時間縮短了80秒，載重可達250公斤，升降移動平均速度約為每秒0.1米，乘坐者也可隨時調(diào)整運行速度。

硬核科技的溫暖不止于此。李姝回憶：“我曾聽一位殘聯(lián)的工作人員說，有些殘疾人認為，輪椅也是自己身體的一部分，不希望有人隨意碰觸。”受到這句話的啟發(fā)，團隊研發(fā)出具備定位、導(dǎo)航、環(huán)境感知、避障等功能的智能輪椅，讓殘疾朋友無需他人幫助，便可自如穿行于場館的每個角落。

“輪椅充滿電，能走10公里左右，最快每小時能跑6公里，可以實現(xiàn)電磁剎車。最大越障高度達到50毫米，最大爬坡能力超過10度，滿足了絕大多數(shù)場館的使用需求。”李姝詳細地介紹，在輪椅的“大腦”中有一條“專用道”，通過物聯(lián)網(wǎng)遠程控制自動駕駛。“如果遇到障礙物，它會停下避讓、等待對方通過，或者主動繞過固定障礙物。”在即將舉辦的北京冬殘奧會上，智能升降臺和智能輪椅將在國家體育館上崗，為殘疾運動員帶來有溫度、有人情味的無障礙服務(wù)。 

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