张海洋|走进冬奥最强大脑：运动员成绩提升的秘密，这些科学家都知道( 三 ) 霍波|项目|赛道|运动|南都|原创-四川龙网

“精确到肌肉”
南都：以往运动员做各种动作时，肌肉怎样发力、起跳的时机怎样把握，只能靠教练员的经验和运动员的自身感觉和揣摩。我们如何提供科技支持？
霍波：运动员动作捕捉下来以后，我们接着要做人体结构分析，得到每个关节点在不同时刻的轨迹。此外，我们还需要知道运动员在不同姿态下生理的功能，其中，我们最关注的就是肌肉的电信号。因为我们想知道运动员在不同情况下哪些肌肉提供了能量、提供了力，通过在皮肤表面贴上传感器，对肌肉的电信号进行测量。
接下来就是做全身骨骼肌肉模型。此前并没有人体全身骨骼肌肉模型，我们花了三年多的时间建成，包含人体运动所需共680个肌肉及人体主要的运动关节自由度。
建好模型之后，我们针对特定运动项目（如跳台滑雪、越野滑雪）对肌肉进行简化，只保留关键肌肉群，从而可以加快计算和分析。举例来说，越野滑雪运动主要是胸大肌、背阔肌、大圆肌、腹直肌、腹外斜肌等19个关键肌肉群；跳台滑雪运动主要是竖脊肌、腹直肌等19个关键肌肉群。
获得生理参数和动力学的分析结果之后，我们就可以分析计算关键的骨骼的作用力和肌肉的作用力。例如，通过骨骼作用力可以分析骨骼损伤是如何发生的以及要如何避免损伤。
除了关注运动员本身之外，我们还研究器械和空气阻力分别对人体动力学的影响。比如，运动员在跳台滑雪和速降时的速度可以达到30米每秒，空气阻力非常大，考虑空气阻力姿态影响，我们加工完成了1:1尺寸比例的跳台滑雪运动员人体模型，进行风洞实验，施加风速，测量所受的力，采用数值模拟，形成空气阻力数据库，最终可以得到人体所受的空气阻力和对姿态、运动轨迹的定量影响。

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一位滑雪运动员在进行训练。新华社发
跨越70度温差，四处随队服务
南都：针对本次冬奥会，在技术上有没有一些新变化？
张海洋：说实话，一开始我们对难度估计并不很高。因为我们做了近20年的激光雷达，经验还是有的。但到了雪场之后，我们就遇到了挑战。
第一，高海拔问题。无人机根本爬不上海拔2000多米的山峰，在山特别高的地方，会有横风，无人机可能被掀翻。
我们调整了飞行策略和扫描策略，选择一个合适的地形判别什么时候起飞，比如说山顶起飞，平飞到多少米之后，自动降落到一定水平高度再平飞，或者采用上爬式，根据不同的山势或者不同的需求来做测量。
第二是低温，这也很头疼。雪场零下20多度是常见的，对此我们升级了激光雷达的预热系统和电池温度管理系统，能够满足零下30度以内的正常飞行。
但也有一些极端情况，比如我们在崇礼测试越野滑雪和冬季两项的时候，白天中午的温度就达到了零下35度，超过了设备承受极限。最后没办法了，无人机载激光雷达用不了，我们只好换成了地基激光雷达。好处是更耐低温，测量距离适中，但效率慢，尤其雪道是高低起伏的，需要人抱着激光雷达放到高坡或放到谷底，每隔100米或200米打个点，这种环境下长期作业对我们来说挑战很大。
南都：把这科研的场地换到雪场是怎么一种体验？吃穿住行是怎么解决的？
张海洋：我们的学生都是年轻人，之前在学校比较封闭的环境做科研，一下子到了雪场，所以最开始他们是很兴奋的，觉得“一开门好冷啊，太有意思了！”

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