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從2019年開始，北京航空航天大學(xué)交通科學(xué)與工程學(xué)院副教授柯鵬便帶領(lǐng)著團(tuán)隊(duì) ，參與到了北京冬奧會(huì)賽事的科技助力之中。
當(dāng)專注航空航天事業(yè)的高校科研團(tuán)隊(duì)來研究運(yùn)動(dòng)員，會(huì)擦出怎樣的火花？在競(jìng)速項(xiàng)目中，如何利用科學(xué)技術(shù)幫助運(yùn)動(dòng)員們優(yōu)化姿勢(shì) ，尋找最佳競(jìng)技路線？……當(dāng)科學(xué)家參與到體育比賽訓(xùn)練中，會(huì)碰撞出哪些意想不到的驚喜？
從2019年開始，北京航空航天大學(xué)交通科學(xué)與工程學(xué)院副教授柯鵬便帶領(lǐng)著團(tuán)隊(duì) ，充分借鑒航空工程的基礎(chǔ)理論和技術(shù)方法，參與到了北京冬奧會(huì)賽事的科技助力之中。
三年過去，為運(yùn)動(dòng)隊(duì)訓(xùn)練項(xiàng)目建模，用大數(shù)據(jù)分析運(yùn)動(dòng)員技巧，為運(yùn)動(dòng)裝備和冰場(chǎng)提供最優(yōu)參數(shù)……科學(xué)家們通過努力使設(shè)想變成了現(xiàn)實(shí) ，走出了一條適合中國(guó)國(guó)情的體育科技創(chuàng)新之路。

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柯鵬團(tuán)隊(duì)冰上合影。均為受訪者供圖
將飛行力學(xué)知識(shí)等運(yùn)用于冰雪項(xiàng)目中
2021年12月中旬的一個(gè)電話，便讓柯鵬及團(tuán)隊(duì)人員立刻從北京航空航天大學(xué)趕到了位于西南五環(huán)開外的中車二七國(guó)家冰雪運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練科研基地（簡(jiǎn)稱“二七基地”），這是一條他這一年多來走過的、再熟悉不過的路線。
“為讓運(yùn)動(dòng)員更高效、更有針對(duì)性地訓(xùn)練，需要有與學(xué)科相關(guān)的科技人員進(jìn)入到傳統(tǒng)的體育訓(xùn)練體系里，形成復(fù)合型科研訓(xùn)練團(tuán)隊(duì) ，批量培養(yǎng)高水平運(yùn)動(dòng)員。 ”柯鵬介紹，運(yùn)動(dòng)員運(yùn)動(dòng)過程中，科學(xué)家可以通過傳感器和影像資料有效地采集到運(yùn)動(dòng)路線、肌肉力量、技術(shù)動(dòng)作以及雪板、冰刀滑行、滯空、觸地瞬間等數(shù)據(jù) ，進(jìn)行實(shí)時(shí)解構(gòu) ，通過分析和評(píng)估這些數(shù)據(jù) ，重新建構(gòu)更準(zhǔn)確的技術(shù)能力，探索進(jìn)一步的改善空間，整體提升運(yùn)動(dòng)成績(jī) 。
此外，柯鵬帶領(lǐng)的團(tuán)隊(duì)還可以基于航空領(lǐng)域中的飛行力學(xué)、理論力學(xué)和運(yùn)動(dòng)生物力學(xué)等原理，對(duì)運(yùn)動(dòng)員的運(yùn)動(dòng)情況做個(gè)性化的分析和評(píng)估，最后針對(duì)專項(xiàng)運(yùn)動(dòng) ，給出一個(gè)科學(xué)的數(shù)學(xué)模型。 “比如在滑行轉(zhuǎn)彎時(shí) ，提前減速還是不減速？大彎還是小彎？我們都可以給出優(yōu)化方案。 ”
柯鵬團(tuán)隊(duì)提出了“體育、理工、醫(yī)學(xué)交叉，人、設(shè)備、環(huán)境融合”的思路，以人為主，多維度幫助運(yùn)動(dòng)員優(yōu)化運(yùn)動(dòng)技巧。比如高山滑雪項(xiàng)目，柯鵬調(diào)研和分析發(fā)現(xiàn) ，運(yùn)動(dòng)員從高山往下滑的速度比較快，和飛機(jī)的飛行過程非常像，就想到將飛行力學(xué)的方法應(yīng)用到運(yùn)動(dòng)路線的分析中。
“滑降項(xiàng)目是競(jìng)速類項(xiàng)目，比的就是誰的時(shí)間最短，不同路線，運(yùn)動(dòng)員局部受力不同，因此我們?cè)谠u(píng)估中要結(jié)合裝備、環(huán)境等所有能影響運(yùn)動(dòng)員的因素，改進(jìn)他的滑行路線，同時(shí)還要兼顧運(yùn)動(dòng)醫(yī)學(xué) ，要在保證運(yùn)動(dòng)員最安全的情況下提升他的成績(jī) 。 ”柯鵬笑著說， “不能只比速度，不要命嘛。 ”
給出一個(gè)受力面積最小的姿態(tài)、構(gòu)建一個(gè)最理想的轉(zhuǎn)彎模型、提出最減少耗能的技術(shù)……就這樣，一個(gè)項(xiàng)目一個(gè)項(xiàng)目地攻克，柯鵬團(tuán)隊(duì)從科學(xué)家的角度給運(yùn)動(dòng)隊(duì)拿出了一個(gè)個(gè)可實(shí)用技術(shù)方案，供他們參考、訓(xùn)練。
航空航天中的模擬器應(yīng)用到運(yùn)動(dòng)員實(shí)戰(zhàn)中
除了建模之外，二七基地里的不少“大家伙”也靠科學(xué)家們的助力，例如，輔助運(yùn)動(dòng)員們訓(xùn)練的六自由度電動(dòng)模擬體育訓(xùn)練系統(tǒng) 。
柯鵬介紹，研發(fā)出來的這些技巧和方法就必須應(yīng)用于運(yùn)動(dòng)員的實(shí)戰(zhàn)中去，雪上項(xiàng)目訓(xùn)練受制于天氣，只有到雪地的時(shí)候才能用，國(guó)家體育總局就提出能否在非雪季也能夠訓(xùn)練。六自由度模擬器就是當(dāng)時(shí)提出來的一種新訓(xùn)練模式，可以模擬運(yùn)動(dòng)員實(shí)際轉(zhuǎn)彎等的一些技術(shù)動(dòng)作。而這和航空領(lǐng)域中、幫助飛行員了解飛機(jī)特性的模擬訓(xùn)練系統(tǒng)的原理是一模一樣的。

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