数据分析 竞技体育的高科技战场

现在,体育竞技已不单单是运动员体能与技术的比拼,更延伸到了体育科技的较量。尤其是在国际性赛事上,国家的科技、经济力量早已成为赛事背后的一场暗战。

从游泳池中的“鲨鱼皮”、跳高场上的碳纤维杆,到短跑赛场上的黄金跑鞋,再到南非“刀锋战士”带着的碳纤维假肢在奥运赛场上留下的争议,高科技帮助运动员不断创造纪录,但也因为过度助力,高科技装备在赛场上历经沉浮。

高科技装备在争议中发展

竞技体育的高科技战场 卡因的实验室中,研究人员正在测试运动员的脚部力量 卡因供图

看着如今体育竞技场上时尚感强而且又处处体现高科技的运动员的战衣,我们也很难想象在古代奥运会上,运动员们几乎赤身作战的场面,那时候是完全比拼个人体能和技术的时代。“更快、更高、更强”的奥运理念,让科技找到了一条发展的新途径,帮助运动员发挥出更大的潜能。 

英国拉夫堡大学体育技术和创新学院领导了多项推进体育设备和训练创新的工程计划,包括田径、自行车、游泳、赛艇,以及残奥会中的轮椅篮球等多种项目。该学院教授迈克·卡因就在不遗余力地推进体育技术的创新。

鞋,对于普通人来说,能保护双脚不受外界伤害,也让人们能走更远的路,而对于运动员来说,只要是他所从事的项目需要双脚接触地面,那么一双合适,并且具有技术辅助作用的鞋子就更加重要了。

观众们从短跑名将博尔特的那双黄金战靴中看到的,更多的是一种个性张扬、时尚的展示,但是对于博尔特来说,那双Complete Theseus II型运动鞋,鱼鳞纹路的网状真皮鞋面为他的双脚提供了良好的透气性,前掌与后跟都有科学设计的鞋垫以及外部弓垫的配合为博尔特提供了他在奔跑中所需的支撑力,超轻的重量减少了他的体能消耗。除了他的天才和刻苦的训练,这双顶级跑鞋在他成就“飞人”的荣誉之路上,绝对起到了重要的作用。

在接受《中国科学报》记者的邮件采访中卡因写道,体育行业当前十分关注设备定制的问题,这并不仅仅是说运动员可以选择颜色或是将名字写在鞋子上,而是鞋底的一块底板的柔韧度和坚硬度能得到优化,从而为个别运动员带来最大的力量。这也是卡因他们倾力所做的事。

卡因与其团队通过对不同运动员的双脚的几何学与生物机械学的测量和研究为个别运动员的鞋子创造出“经过调校的” 鞋底夹层,从而纠正步法畸形或软组织无效率。这些鞋子利用目前最流行的3D打印技术制造,并且申请了专利。卡因相信,这些产品能给田径场上的运动员带来新的成就。

卡因说:“在空气动力学和流体动力学方面,我们还可以做很多事情,当我们的运算能力达到一种新的水平,就可以理解微小改变的细微差别。”

在泳池中、自行车赛场、F1赛场上,这两种力学研究在体育中的发展最为引人关注。曾叱咤泳池的仿鲨鱼皮肤的高科技泳衣不断地刷新着奥运赛场的纪录;空气动力学原理在F1赛场上可谓发挥得淋漓尽致,这让车队间经济实力的差距在赛场上也一览无遗;自行车赛道上,紧身衣、弹性纤维鞋罩、航空头盔能减少空气阻力的8%,加上越来越轻的车身,令赛场上的每一块金牌的后面都附加着巨大的科研付出。

除了力学,高科技的材料也是如今赛场上竞争的重点。力学性能优异的碳纤维材料几乎应用在了所有可使用它的体育器材上,球拍、自行车架、跳高杆、弓箭、赛艇……材料变化让体育成绩带来显著提高,其中撑杆跳可谓是大跃进式的变化:当竹竿和金属杆替代了木杆,世界纪录立刻从3.3米刷新到4.77米,而玻璃纤维杆与碳纤维杆则直接将男子世界纪录提升到6.14米,女子纪录提升到5.06米。

不过,很多批判者认为,高科技的应用已经让很多比赛不再是个人技术的比拼,而更多的成为装备器材的比拼,并且将那些单纯提高了成绩的技术称为破坏性技术。其中国际自行车可谓先知先觉,早在1996年就颁布了“卢加诺章程”,限定了自行车设计的范围,但也未能阻挡强大的科研力量。2008年北京奥运会,各种科技力量似乎同时发威,自行车比赛、游泳比赛、田径赛场纪录被连连打破,一国包揽项目金牌之多也令人咋舌。于是在2008年北京奥运会之后,鲨鱼皮被国际泳联禁止、国际自行车联盟明确禁止了职业车队在比赛中使用空气动力学设计和附件。越来越像比车赛场的F1也受到了国际汽车运动联合会的限制,对赛车引擎、底盘、悬架系统及轮胎都进行了全方位设限,从而能够使车队之间的科技力量平衡。