美国射落首金,里约之战他们都有哪些高科技“秘密武器”?

美国射落首金,里约之战他们都有哪些高科技“秘密武器”?
  奥运大战正式拉开序幕,美国选手射落首枚金牌。对伟大的运动员来说,成功与失败往往只有一线之隔——1/100 秒、终点线处细如发丝的差距 。为此 , 美国队在备战2016年里约热内卢奥运会时祭出了一件“秘密武器”, 它便是高科技装备。

  现在,这个打造了硅谷传奇的国家正利用科技的力量训练运动员,以帮助他们提高比赛成绩。对此你无需惊讶,很多国家的奥运代表队都在这样做。

  游泳

  高速运动捕捉

  在游泳项目中,动作与力量同等重要。精英选手渴望每个最微小的细节都准确无误,甚 至要精确到脚踝的角度,原因就在于细节决定成败。视频分析技术能够帮助职业运动 员了解游泳技术动作的细节,因而成为不可或缺的训练装备。奥运会三金得主 Nathan Adrian 表示 :“以前,我们只能靠教练目视改正泳姿和划水、打水等技术动作。现在, 我会在身上捆绑 LED 传感器,利用软件进行分析。这种装备便于携带,可以放进手提箱。” 在里约奥运会上,Adrian 将向第四块奥运金牌发起冲击。

NAthAN ADRIAN 奥运会三金得主

  科技装备

  利用装在身上的LED捕获Adrian的每一个动 作,细致到脚趾的角度,再借助宝马研发的视 频分析软件将数据转化成2D渲染图。

  如何助力

  借助这些图像,Adrian能够研究泳姿和技术动作的微小细节,纠正细微的不协调之处,从 而为比赛赢得宝贵的几秒钟。

  它的工作原理是:Adrian 将LED 传感器固定在身上,高速摄影机拍摄整个游泳过程,记录LED 的运动轨迹。相关算法将这些动作转化成数据,教练根据数据给出改进意见。加州宝马全球创意设计咨询公司部门主管Peter Falt 表示捕获和转化数据对研制这一系统的工程师、设计师和程序员来说是一个不小的壮举。他们不得不在恶劣环境下(例如水下)工作,幸运飞艇投注平台app追踪和分析一些快速移动的“物体”,例如世界级游泳选手。宝马的工程师专门为美国国家游泳队研发了这项便携式技术。这一系统并非用于感知进入驾驶者盲区的汽车或者预防相撞事故,而是精确追踪游泳选手的划水等技术动作。软件随后将这些动作——每一次打水、划水或者足部角度转化成数据。

  Adrian 是世界上最优秀的50 米和100 米自由泳选手之一,参加过北京奥运会和伦敦奥运会。他知道很多游泳选手都在依靠科技的力量提高自己的成绩,例如慢速回放的水下视频分析技术,相关分析技术的精确度也不断提高。相比之下,宝马的动作捕捉技术能够捕捉更为细微的动作。系统将数据转化为2D 渲染图,渲染图可以分解,展示脚趾的不完美弯曲。这种分析技术让游泳选手获得前所未有的反馈。

  游泳队利用渲染图评估和改进游泳项目中最重要的技术动作——海豚式打腿,也就是选手入水或者蹬壁转身后的几次全身上下起伏,此时运动员在水下具有最大动力。能否靠这一技术动作获得更大动力是比赛成败的关键。美国游泳队的高效能顾问Russell Mark 表示:“将这项技术用于海豚式打腿具有里程碑意义,它的作用巨大。每一个人在蹬壁转身后都会进行几次海豚式打腿。如果能做到7 次、8 次,甚至9 次出色的海豚式打腿,就会获得较大的优势。这是运用这项技术的根本原因。”

  当Adrian 在练习中做出堪称完美的海豚式打腿时,教练便将这一数据转化成基准,指导其他选手如何复制。Mark 说,“我们知道谁擅长这项技术。我们可以借此挖掘更多运动员的潜力。”

  3月初,Adrian 在Twitter 网站上发布了一小段视频。视频中,携带一身LED 传感器的他飞身跃入泳池。在帮助测试视频分析系统的同时,他也获取了大量有价值的技术动作信息,形成了良好的反馈环路。他说:&幸运飞艇投注平台appldquo;我能够在图像中看到我的脊线角度差异。我注意到我的上胸动作幅度与那些经常打败我的家伙们有何不同。视频分析技术帮助我们发现微小的改善空间,而这正是我们目前的关注点。借助于这项技术,我们可以深入了解如何保持身体的动力。”

  游泳队希望将视频分析结果实时传输给泳池边上的一台平板电脑,让教练在现场对运动员的技术动作进行微调。但Adrian对于系统最终版本的发布早已迫不及待。他说:“我喜欢分析,喜欢了解事物的原理。在此之前,我从未对自己的海豚式打腿进行过如此细致的分析。游泳的时候,如果你能在不耗费更多能量的情况下提高效率,无异于获得一笔意外之财。”

  足球

  卫星导航超级追踪

  让美国女子国家足球队相信她们需要养精蓄锐以在里约创造佳绩,就像告诉1992 年的迈克尔·乔丹应该练习跳投一样滑稽。她们曾捧走3 座世界杯奖杯和4 枚奥运金牌,是包括男子足球在内足球历史上的第一王者。她们拥有充足的自信和实力,能够在里约再次折桂。这一次,她们将借助先进的技术装备——GPS 追踪设备——在比赛中获得更大优势。随着硬件小型化以及传感器性能的提升,GPS 追踪设备能够对球场上每名队员的速度、侧向运动和冲撞进行追踪。根据这些数据,教练能够为每名队员量身制定训练和康复计划,以在最大程度上提高她们的表现。

  美国女足的防守大将、中后卫Becky Sauerbrunn 表示:“我们不断培养出才能出众的球员。但在全球范围内,其他球队也在不断追赶。因此,我们需要更上一层楼,借助先进的科技装备提高我们的优势。”形象地说,就是要打造女子足球队的2.0 版。美国队采用的追踪系统由运动传感器公司Catapult 研发,目前,只有少数精英运动员以及几个NBA 和NFL 球队采用这一系统。与其他追踪系统相比,它拥有更快的处幸运飞艇精准计划网站理速度,能够测量此前被认为无法量化的事物,例如运动员之间的冲撞强度等。美国队体能与运动科学教练Dawn Scott 表示:“在足球比赛中,球员每秒改变方向的次数可达到3 次或4 次。新系统允许我们获取每一次移动的数据并进行量化。”

  这款GPS 追踪设备的尺寸只有手掌大小,可以装进一个缝在球员运动文胸上的小袋子里面。袋子位于肩胛骨之间,允许追踪设备接收到更强的卫星信号。系统的精确度提高了,它可以在训练或比赛中获取所有11 名球员的详细记录。有了它,前锋可以知道自己的跑动距离和速度,后卫可以知道自己被摆脱的次数以及触地力度。

  对于那些处在特定位置,疲劳度很难用心率监视器进行量化的球员来说,GPS 追踪设备能够带来更大福音。S a u e r b r u n n 表示:“作为一名后卫,跑动距离并不是由我决定的。在防守一名前锋时,她的移动决定了我的移动。” 因此, 在一些比赛中,她的跑动距离可能少于前锋,心率数据往往也不及前锋,但她可能完成更多拦截,身体的疲劳度与前锋无异。Sauerbrunn 说:“这款GPS 装置能够进行很多计算,例如我参与空中争球的次数。”

  借助于GPS 装置获取的数据, 教练能够进一步了解每名球员的体能消耗,也称为“体能负荷”。体能消耗数据能够影响康复计划,而后者经常为主力球员所忽视。通过实时分析球员的训练数据,S c o t t 能够监视体能负荷阈值。如果负荷超过阈值,势必会影响球员在未来比赛中的表现。这个时候,教练便会让球员休息,或者不让她们参加集体训练。

  Sauerbrunn 表示:“随着奥运会的临近,我们在比赛间隙只有两天的休息时间。更大的负荷意味着更高的肌肉疲劳风险,可能会导致肌肉拉伤。但你不能将两名球员的负荷做简单比较。”

  最终,这项技术将获取更为精细的细节,例如皮肤温度和核心温度、乳酸水平, 甚至睡眠周期。Sauerbrunn 说:“这项技术将对我们产生显著影响。Dawn 喜欢用‘边际收益聚合’形容它的效果,让我们的表现提高十分之一个百分点。类似这样的先进技术能够帮助我们保持战斗力。”

BECKY SAUERBRUNN 奥运会一金得主

  科技装备

  教练使用高速追踪软件OctimEye S5对球场上所有11名球员的速度、侧向运动和冲撞进行追踪。

  如何助力

  根据这些数据,教练能够为每名队员量身制定训练和康复计划,例如后卫和前锋区别对待。

  击剑

  最前沿的大脑训练技术

  作为一名击剑选手,Miles Chamley-Watson 很容易因护胸甲上的一道裂缝,分散自己的注意力。对于击剑这项进攻和防守快速切换的项目,瞬间的分神就意味着被对手一剑封喉。幸好,一款应用程序可以解决这个问题。

  Chamley-Watson 的官方赞助商红牛聘请专家研究运动员的顽固缺点,并寻找独特的解决方式。以Chamley-Watson 为例,他们向神经学家Leslie Sherlin 求助,后者研发了一款基于应用程序的心理训练工具。Sherlin 曾与冲浪选手和电子竞技选手合作,设计了一款心理训练游戏。这款应用经过调整,以满足Chamley-Watson 的需要。Sherlin 解释说:“在你专心致志、聚精会神、昏昏欲睡或者放松身心时,大脑会产生不同的电信号。”为了对运动员的注意力进行微调,这款应用模仿视频游戏,Chamley-Watson 的大脑就是操控杆。Sherlin 的团队首先确定这名击剑选手在专注状态下大脑的电信号,而后对一款游戏进行设置,让同样的信号触发屏幕上的游戏角色——翼装飞行者的移动。

  训练时,Chamley-Watson 佩戴装有传感器的头盔,通过集中注意力移动iPad 或iPhone 屏幕上的飞行者,进而提高注意力。专注感通常在我们的意识之外,通过移动游戏角色,Chamley-Watson 能够学会利用这种感觉并更好地加以控制。他说:“我认为我的身体素质超过世界上的绝大多数人。但在心理方面,我还需要进一步打磨。”

  注意力分散并不是所有运动员的缺点,Sherlin 可以对应用进行调整,以满足不同运动员的需要。例如,冲浪选手可以用他的游戏放松身心,NBA 前锋可以靠它提高态势感知能力。对于Chamley-Watson 来说,如果他的专注力能够达到Garry Kasparov(前国际象棋世界冠军)的水平,他在击剑场上就能分散别人的注意力。2013 年,Chamley-Watson 凭借凶狠凌厉的进攻和闪电般的反应速度问鼎世界冠军。Chamley-Watson 表示发现和抓住进攻时机至关重要,但裁判的哨声和观众发出的声响都会对他产生不利影响。

  通过对原始数据进行分析,Sherlin 发现了能够帮助Chamley-Watson 在里约称雄的优势。他说:“Miles 拥有惊人的反应速度。他的信息处理速度极快,很少出错。”Chamley-Watson 的对手将很快意识到,在他们尝到败北苦果后应该找谁帮自己放松身心。

  十项全能

  数据分析

  擅长一个运动项目就已经够难的了,那么10 项呢?现年28 岁的十项全能选手Ashton Eaton曾在4 年前的伦敦奥运会上斩获金牌,是罕见的多项俱佳的运动员之一。在奔跑、跳跃、投掷和耐力方面,他几乎超过地球上的任何人。他还是人体力学“专家”,拥有出色的掷标枪和撑杆跳技术。与所有运动员一样,他研究每一个细小动作,对每一次踏地和抓握进行分析,以取得更好的成绩。此外,他还非常重视每一次的感受,并利用从应用商店购买的应用加以记录。

  Eaton 使用的第一款应用《Day One》售价只有5 美元(基于智能手机或iPad 的日记应用)。对于每一位有记日记习惯的少年来说,这款应用一定不陌生。Eaton 用《Day One》记录训练中的每个细小差别、训练结果和感受。他说:“我的秘诀就是将自己的感受与训练表现的硬数据联系在一起。例如,在训练中掷铅球时,我会以某种方式去感受。如果感觉不错,铅球飞得很远,二者之间便形成一种强烈联系。在以后的训练中,我自然希望形成这种联系,以提高成绩。”

  通过《Day One》的搜索功能,Eaton 对几年来的训练成绩和个人最好成绩进行梳理,寻找能够促成突破的每一个细小调整。他将自己的方法描述为“快速数据存储与检索”。Eaton 说:“如果某一天练习跑250 米,我会把成绩与一年前同一天的训练成绩相比较。我会用标签标注不同的项目,例如跑步、掷铅球、标枪或者跳高,记录每个项目的训练次数。”

  如果想实时获取重要数据,Eaton 会使用每年订阅费120 至500美元的应用《Coach’s Eye》。这款应用允许他的教练在iPhone上记录他的动作,添加语音,在定格的图像上标注,甚至可以测量肘部角度等。此外,它还可以慢速浏览、前后拖动,分析每一个细小动作。Eaton说:“我们通常将动作分解成3个阶段——开始、中途和完成。”他的教练甚至会把每个阶段进一步细分。他说:“只需手指在屏幕上滑动便可浏览技术动作的每一帧,真是太棒了。”借助于相关应用,Eaton 能够细致了解自己的表现并现场做出调整。小时候,他会尽力模仿在电视上看到的运动员动作。与这种模仿相比,现在使用的应用无疑是一次技术飞跃。他说:“过去,我根本不知道自己能做到怎样的程度。那个时候也没有YouTube,我们从不给自己拍录像。”现在,他需要模仿的最理想技术动作就是他本人在理想状态下做出的动作。他知道自己距离完美还有多远。与在掷标枪的同时自拍相比,这种方式显然容易得多。

  铁人三项

  虚拟现实赛车

  Gwen Jorgensen 的秘密训练装备不是她那价值1 万美元的公路自行车,而是虚拟现实眼镜。只要一平静下来,她就进行思维可视化训练。这位铁人三项选手现年30 岁,曾两夺世界冠军。她说:“我利用可视化技术,备战比赛。”在顶级运动员群体中,可视化训练已然成为一种趋势。这个夏天,Jorgensen 借助虚拟现实技术“征服”遍布车辙的里约科帕卡巴纳赛道。她说:“里约的自行车赛道很有挑战性。除了高高的山坡,赛道上还有非常考验技术的高度落差。这是影响比赛成绩的一个重要因素。”

GWEN JORGENSEN 铁人三项世界冠军

  科技装备

  借助于三星研制的Gear VR虚拟现实眼镜,Jorgensen可以对里约的自行车赛道进行360度无死角观察,熟知赛道的方方面面以及每一个转角。

  如何助力

  在Gear VR的帮助下,Jorgensen对赛道的了解近乎于条件反射,接下来他要做的是选择合适的战略来征服赛道。

  Gear VR 成为Jorgensen 的全天候伙伴。她说:“不管到世界上的什么地方旅行,我都会戴上这副眼镜,浏览赛道,观察我的左侧、后面和右侧,了解每一处细小差异。”从某种程度上说,虚拟现实训练的效果甚至优于真实世界的试骑。

  Jorgensen 说:“这与记忆完全不同,我的记忆经常出错。”Jorgensen 是铁人三项赛的新人,尤其是自行车赛。她曾是一名注册会计师,平时就很喜欢跑步和游泳。6 年前,她决定练习自行车。成为职业选手两年后,她拿到了2012 年伦敦奥运会的入场券。但在比赛中,她的轮胎爆胎,最后只得到第38 名。不过,她很快找回状态,连续赢得比赛的次数超过历史上的任何铁人三项女选手,成为世界上最出色的运动员(虽然她至今还没有拿到过奥运金牌)。

  Jorgensen 希望Chen 的虚拟现实训练能够将她送上里约奥运会的冠军领奖台。她说:“很难解释虚拟现实拥有怎样的逼真度。我只能说它让我获得了此前从未有过的训练体验。”Jorgensen 从事的项目包括1500 米的游泳,40 千米的自行车骑行和10 千米的跑步,是地球上最折磨人的项目之一。为了帮助她在比赛中上演完美表现,她的教练求助于虚拟现实先驱Joe Chen。Chen曾是Oculus 公司的产品主管,现效力于Vrse.works 制作公司,后者为大型媒体公司制作虚拟现实影片和其他内容。Chen飞到巴西,将GoPro 摄像机装到汽车的发动机盖上,镜头高度与自行车手的视线高度相同,然后驱车驶过自行车赛道,拍摄赛道的360 度画面。随后,他将录像转化成三星Gear VR 眼镜使用的MPEG 文件。Jorgensen借助Gear VR 熟悉整个赛道,或者单独播放某段赛道并对其进行细致分析。换句话说,里约的赛道就在她的眼前。

  虚拟现实训练的目的并不仅仅是让选手熟悉赛道,它能让选手获得近乎肌肉记忆的赛道信息,包括哪些路段具有挑战性,进而帮助选手有针对性地制定比赛策略。Jorgensen 说:“我的自行车学习曲线仍然很陡。这款虚拟现实装备增强了我的信心,帮助我在最大程度上做好备战,应对比赛当天可能发生的任何情况。”

  戴上虚拟现实眼镜后,Jorgensen 的肢体语言随之发生变化。在回忆第一次看她测试眼镜的情形时,Chen 说:“你看着她发现赛道的一个个细节。突然之间,她进入考验技术的路段,意识到自己能够看穿每个转角。她的身体倾斜,伸长脖子,在虚拟世界里绕过转角。借助虚拟现实训练,你知道哪些路段可以冒险穿过,哪些路段不值得冒险。”

  遗憾的是,Chen 设计的虚拟现实训练存在缺陷,无法加速或者减速。这也就是为什么Jorgensen 只在可视化训练中使用,而不是在固定的训练车上使用。Chen 认为不久之后,VR 训练系统就可以开发出更丰富的功能,帮助自行车手提高成绩。他说:“作为一个产业,我们希望研发出不仅能够挑战视觉系统,同时也能挑战身体系统(甚至内耳平衡)的模拟技术。

  我们希望在你坐到车座上的同时模拟重力,或者让你尝试以不同的路线绕过一个转角,以确定哪条路线最快。不过,我们目前还做不到这些。实际上,我们并不想在一名成功的运动员身上实施科学实验。”

  Chen 认为一旦这项技术得到扩展,便能为训练带来更多可能性。例如,帮助无法在真实赛道进行练习的赛车手训练。(驾驶职业赛车训练的成本十分昂贵。)“F1 车手使用的模拟器结构非常复杂,造价可达到数百万美元。他们的很多时间都在模拟器上度过。虽然虚拟现实技术无法成为真实赛道的替代品,但可以帮助车手熟悉赛道,让他们获得良好的开始。”

  在里约奥运会的铁人三项赛上,自行车赛注定会因为有Jorgensen 的参加而充满戏剧性。Chen 相信Jorgensen 将如愿以偿地斩获金牌。他说:“我们希望她在参加比赛时就像午夜时分起床倒点水喝那么自然。”

  奥运选手的高科技训练利器

  1.振动服

  英国伯明翰城市大学的研究人员研发了振动服MotivePro,一旦探测到体操运动员的后滚翻、燕式平衡等动作不够完美便产生振动,帮助他们改进。

  2.全身冷冻疗法

  在温度接近零下130摄氏度的超低温舱中暴露两三分钟便可缓解炎症,缩短从事任何项目的运动员的康复时间。但有报道称,一些用户在使用中冻伤。

  3.在潜艇测试池接受训练

  为了在可控环境下让自己的划船技术臻于完美,英国皮划艇选手进入国防技术公司QinetiQ提供的一个长270米的封闭水池接受训练。这个水池通常用于测试潜艇比例模型。

  4.CVACPod的压力舱

  CVAC Pod是一款未来派压力舱,由加州特曼库拉的CVAC系统公司研制。它能够以超快的速度改变气压,帮助自行车手和其他运动员提高耐力。

  “PS奥运会”

  现代奥运会已经举办了121年,但是很多项目依然很不安全,而且有些项目的成绩统计也并不精确。看看我们为这些令人头疼的问题提供的解决方案。

  马术:全息障碍

  每年在各项赛马比赛中会发生约100起事故。当一匹价值数百万美元的赛马倒地时,即使是像脚踝扭伤这样的轻微损伤也可能让它从此告别赛场。为了解决这个问题,地面上的电脑基座可以投射出全息影像(例如4根4.5米长的栏杆),以取代危险的实体障碍,然后用红外线束对虚拟栏杆的边缘进行监控。一旦赛马的身体碰到红外线束,系统会立刻提醒裁判和观众,这是一次失败的跳跃。

  跳远:智能落地垫

  目前,跳远和三级跳的成绩测量方法不仅费时,也很不精确。当运动员落在沙坑中时,会留下不止一处痕迹。在开始测量前,裁判必须首先确定哪一处痕迹才是距离起跳线最近的。美国亚利桑那大学的研究人员开发了一种由2016个压力传感器组成的阵列,能够精确测量出运动员的落地位置。将带有这种传感器阵列的垫子埋在沙坑的下方,它就能准确判断出运动员的落地点,而电脑几乎瞬间就能给出精确的成绩。

  足球:自动守门员

  在像足球这样的低得分比赛中,一次误判就可能改变整场比赛的结果。例如,在2011年世界杯具有传奇色彩的英德大战中,英格兰队一个关键的进球被判无效—很多人都认为这个判罚彻底改变了比赛的进程。事实上,在比赛过程中,裁判并不是总能清楚地看到球和球门网的。为了解决这个问题,德国弗劳恩霍夫研究所开发了一种自动足球轨迹追踪系统。在球门网附近的制动器会在门线的位置产生一个磁场,一旦足球穿过磁场,内嵌在足球中的芯片就会在十分之一秒内给裁判的手表发送进球信号。

  跳水:可缩回的跳板

  当一切顺利的时候,跳水运动员的头部与跳板之间会有5厘米的距离,但二者也可能发生碰撞,引发事故。在2005年世界跳水锦标赛中,美国运动员Chelsea Davis的鼻子被撞破,缝了几针;在1988年汉城奥运会中,Greg Louganis的头部撞在了跳板上。一种液压跳板能很好地解决这个问题:当运动员在跳板上方的空中翻腾的这段时间里,它能够向后缩回0.9米。一个加速度计能判断出运动员何时起跳,并据此触发跳板缩回动作。

  全显示护目镜

  在游泳比赛中,运动员经常要到比赛结束时才能知道自己的排名。整合有平视显示功能的护目镜能够清晰地显示比赛画面,让运动员更好地掌控比赛。一层不可见的纳米微粒可提供防水保护—这种技术目前已经应用在手机和其他电子设备上。而藏在护目镜右下角的一台微型电脑能通过蓝牙设备收集其他比赛选手的位置信息,并将其显示在0.25英寸的显示屏上。(文/摘自美国《Popular Science》(大众科学)中文版)