Kaiyun在(zài)高強度的興奮劑檢測和“人類做不到”的質疑聲中,潘展(zhǎn)樂繼男子100米自由泳(yǒng)決賽“飛魚大戰”中以46秒40打破由自己(jǐ)保持的世界紀錄奪冠後(hòu),又在男(nán)子4x100米混合(hé)泳接力決(jué)賽中,分段遊(yóu)出(chū)了45秒92的成績。
潘(pān)展樂創造的紀錄,不僅(jǐn)是心理(lǐ)與生理上對自我的極限挑戰,也是科技進步在體育領域應用的一個(gè)縮影。現代競技體育(yù)離(lí)不開科技的輔助,從運動裝備的減阻設計,到營養補給的精(jīng)準配比,再到(dào)運動數據的科學分(fèn)析,在這些加持下,一次次不可思議的零點幾秒提升,人類可以做到。
Youtube上一位博主分析了潘展樂的遊(yóu)泳,試(shì)圖盡(jìn)可能(néng)理解潘展樂的成功:
首先注意他是怎麽呼吸的,可以看到他的整個(gè)頭頂都在水麵以上,而他的下半部分則(zé)完全在水下。慢(màn)動作下,當(dāng)他呼吸時,如(rú)果沿著頭的(de)側麵(miàn)畫一(yī)條線,可以看到一條頭(tóu)線和一條水(shuǐ)線,這兩條線幾乎是平行的,因為他保持一隻眼睛在水麵上(shàng),另(lìng)一隻眼在水下。

從側麵角度還可以(yǐ)觀察到他(tā)每次劃水的距離,劃水次數不多,但劃水距離都很遠,這讓他在整個(gè)100米的比賽過程中都能保持高效——前50米遊了22秒多(duō)一點,但後50米仍(réng)遊出了24秒。要保持這個速度必(bì)須(xū)要有非常好的劃水距離(lí)。
分析他的踢水(shuǐ),他的踢水簡直像台踢水機器,像渦輪增壓、水上摩托,這(zhè)讓他可(kě)以遊得飛快。強(qiáng)力踢水使他手(shǒu)臂劃(huá)水、抓(zhuā)水和拉水更加(jiā)有效。他的踢水力量大到幾乎聽不(bú)到聲音。現在看來,潘展樂的秘密武器都是(shì)拜他的踢(tī)水所賜,踢水不夠強力使不出來這(zhè)招。

對潘展樂的這一(yī)招,博主(zhǔ)稱之為“強力踢水驅動的交(jiāo)替平板支撐”。強大的踢水讓他幾乎每次劃水都(dōu)能保持懸浮狀態,手臂伸展時幾乎是暫停的(de),當他手臂伸展時,踢水讓他懸浮在水麵上(shàng),幾乎(hū)就像是(shì)交替平板支撐。由踢水所驅動的核心(xīn)穩(wěn)定性,就像渦輪增壓,如果不能這麽強力地踢水,他就無(wú)法保持手臂的長時間伸展。
跟旁(páng)邊(biān)泳道的選(xuǎn)手相(xiàng)比(bǐ),其他(tā)人都(dōu)是很快就放下手臂(bì)進入抓(zhuā)水階段,而潘展樂有一個非常輕微的停頓(dùn)。輕微的停(tíng)頓(dùn)使他可以(yǐ)在平板支撐中保持一條直線。
這位博主的分析很有價值,為黄瓜视频色板理解潘展樂的成(chéng)績,提供了一定的理性參(cān)照。其實,為了分析運動員(yuán)的遊泳狀態,現代科技已經用到了技術高超的(de)裝備和高深的數(shù)學知識(shí),能發現許多視頻裏看不到的信息。
潘展樂獨特的“秘密武器”,很可能是科學訓練的結果。如今,在各(gè)類競技體育中,為了提高運動員比賽成績(jì),科技手段的應用越來越廣泛(fàn),遊泳運動的(de)競技已經越來越變成一場科技競賽。
比如,AI技術被用於賽前訓練,通過分析(xī)運動員的動作(zuò)和表(biǎo)現,提供精準的反饋和改進建議。中國國家籃球隊(duì)利用商湯科技的AI智慧籃球產(chǎn)品進行訓練。在跳水比賽中(zhōng),計算機視覺係統被用(yòng)來全程追蹤運動員的位置,並生成3D圖像及入水速(sù)度等數(shù)據,部(bù)分數據直接用於比賽的判罰。
以不斷突破人類極限而引起爭議的遊泳項目來看,科技手段的作用就更明顯。遊泳運動員已經用上了時髦的AI技術,用AI+VR,通過AI輔助姿態分析和VR模擬賽場(chǎng)環境來提高表現。
而最(zuì)常見的辦法,是使用可(kě)穿戴設備來監測心率和運動表現(xiàn)數據。藏在運動員泳(yǒng)帽裏的可穿戴設(shè)備,可以及時采集運動員每個強(qiáng)度下的心率和運動表現數據,對運動員、教練員以(yǐ)及科研團隊更加直觀地了解運動能力提供針對性幫助。
中國遊泳隊的背後就有一支科研團隊。從冬訓到本屆奧運賽前(qián),科研團隊已經拍攝了幾千個視頻研究運動員(yuán)的表現。除日常工作,駐(zhù)隊人員(yuán)晚上還要一對一給運動員講(jiǎng)技術(shù)、改技術。國家遊(yóu)泳隊科研團隊發現,國家隊很多運動員真正落後並不是在遊程上,而是在出(chū)發(fā)轉身(shēn),這些在教練員或(huò)運動員看來都是不起眼的細節問題。
可穿(chuān)戴設(shè)備的普及,是科技水(shuǐ)平進一步提高後,水到(dào)渠成的結果。國家遊泳隊科研團隊負責(zé)人程燕就表示:“這幾(jǐ)年,可穿戴設備越來越小,也給運動員更舒適的穿(chuān)戴(dài)體驗,通過設備采集可以精準(zhǔn)觀察50米、200米、1500米等各個(gè)階(jiē)段的狀態,實時了(le)解運動員的身體反應,為黄瓜视频色板及時反饋訓練(liàn)數據,有的放矢幫助運動員了解自身短板、調(diào)整(zhěng)狀態。”
助力遊泳健兒奪金的,還有航天(tiān)科技(jì)。對火(huǒ)箭或洲際導彈上的慣(guàn)導(dǎo)係統,中國科學家加以了“緊湊”改良,來測量運動員在訓練時的各種運動信息,幫助(zhù)教練團隊優化技術動作、減小阻力,提高運(yùn)動成績。
一個體育界(jiè)之外你意(yì)想不到的(de)單位,中國航天科技集團,利用其在慣性測量與(yǔ)導航等(děng)領域的技術優勢,為(wéi)中(zhōng)國遊泳運動員研發了智能測量與數字訓練係統。
當導航衛星的(de)信號不可用時,洲際彈道導彈要擊中(zhōng)目標,就要依賴“慣性製導係統”,裏麵用到複雜的(de)陀螺儀來跟蹤導彈的運動狀態、確定方位和導彈所處(chù)的(de)位置,非常笨重。科學家將(jiāng)高精度陀(tuó)螺儀的重量(liàng)減輕到十幾克,變成運動員能直接穿戴的姿態測量裝置(zhì),可以舒適地配(pèi)戴在肩膀和其他關節區(qū)域(yù)。

中國航天科技集團為(wéi)遊泳訓練帶來的另一項技(jì)術是風洞。風洞被(bèi)用於模擬遊泳過程中所受的流場,測(cè)試不同技術動作(zuò)姿態和阻力(lì),為(wéi)運動員提供科學的參考。戴上姿態測量裝置後,遊泳運(yùn)動員被放置在風(fēng)洞中,他們在逆風中“模擬遊泳(yǒng)”時,科學家(jiā)進行數據跟蹤並計算。風洞試驗通常用於研發飛機或(huò)導彈,但(dàn)卻被中國航天科技集團(tuán)用於訓(xùn)練遊泳和賽(sài)艇運動員(yuán)。東(dōng)京奧運會上勇奪金牌的中國(guó)賽艇隊,也在訓練中使用了風洞。
訓練係統的設(shè)備當然重要,但其作用也僅是更好的(de)數據采集(jí)。最難的地方在於,如何通過數據分析出這樣的結論並提示運動員,這些(xiē)結論又是否有效,比如:這是你向右呼吸的地方,但你抬頭抬得有(yǒu)點太多(duō)了。
美國人提高遊泳運動員的(de)成績,也大量使用傳感器,而在數據分析上,數學家都參與了進來。從數(shù)學上看,當運動員劃水時,他們產生的力指向遊泳的不同方向。使用線性代(dài)數,可以計算每個方向的百分(fèn)比。由於運動員的(de)身體一直在運動,如何確定力實際上是朝著遊泳的方向去的,就是最大的挑戰。
數學的(de)用武之地在於,加(jiā)速度計(jì)非常敏感,數據嘈雜,如何平滑數據以抑製噪聲,需要深入的數學理論。找出平滑嘈雜數據的正(zhèng)確方法,所需要的複雜數(shù)學,這正是美國科學(xué)團隊的保密技術。
美國(guó)數學家肯·奧諾的目標是幫助分析和提高一些美國最佳遊泳運動員的表(biǎo)現,其基礎也是測量加速度、減速度和阻(zǔ)力。據他介紹,在最(zuì)初的摸索階(jiē)段,條件簡陋(lòu),他們的做法也顯得業餘。他用保鮮(xiān)膜和(hé)為追蹤鯊魚(yú)設計的加速度計,從海洋技術公司(sī)購買(mǎi)設備(bèi)。借助(zhù)保鮮膜,他把(bǎ)傳感器緊緊地包裹在運動員的腰上。有些遊泳運動員太強壯了(le),保(bǎo)鮮膜無法固定,他就用妻子做的特殊(shū)皮帶(dài),上麵有一(yī)個小口袋用來放傳感器。一些傳感器對光非常敏感。所(suǒ)以不得不製作一些小(xiǎo)塑料UV罩來保(bǎo)護它們。
通過高清視頻、加速度計和(hé)力槳,他記錄下運(yùn)動員的遊泳數據(jù)。他(tā)測試(shì)運動員在不同節奏下踢腿時如何遊泳,測試他們的靈活性,在完成特定任務(wù)後他們有多累,以更好了解他們的能(néng)力。遊泳測試期間,他會測(cè)量運動員(yuán)的腿、臀部擺動和手在三維空間中產生(shēng)的(de)力(lì)。
高清視(shì)頻通常每秒隻能捕捉24個截圖,但(dàn)每(měi)個傳感器每秒能提供512個力向量,揭示視頻(pín)看不到的東西。比如,運動(dòng)員可能在離泳池端壁三劃的地方改變踢腿的執行方式,導致他們浪(làng)費時間,但用眼睛是看不到這(zhè)一點的。
測試能尋找到運動員無(wú)緣無故減速的(de)地方。比如,一些運動員在到達端壁執行轉身動作的過程中很掙紮(zhā),又比如(rú)一些運動員可能需要糾正他們的頭部位置,因為在水下滑行時他們實際上(shàng)並不(bú)遊泳。在奧運會和世錦賽中,比(bǐ)賽可能取決於百(bǎi)分之一秒(miǎo),這(zhè)些事都很(hěn)重要。
科技和數學不會撒謊,也不會讓(ràng)運動(dòng)員自欺欺人。根據大量的測量結(jié)果,在四(sì)種泳姿——自由泳、蛙泳(yǒng)、蝶泳和仰泳中,沒有任何人的效率超(chāo)過60%,這聽起來似乎不可思議。測量(liàng)美國奧運選手佩奇·馬(mǎ)登(dēng)劃水和恢複時手的路徑後,計算發現,她遊泳的第(dì)一圈中,右手產生的力有59.1%是在推動她向她想去的方(fāng)向(xiàng)前進,但到了第八圈,隻有42.1%的力量在推動她前進。她不僅更累了,而且她的動作執行已經開始瓦解。

通過線性(xìng)代數(shù)的知識和洞見,肯·奧諾團(tuán)隊給了佩奇·馬登一些(xiē)如(rú)何以(yǐ)不同方式遊泳的提示,第二天,在第八圈,她(tā)達到了接近50%。一個月後,她遊(yóu)出了個人最好成績。佩奇·馬登獲得了2024年巴黎奧運會女子4X200米自由(yóu)泳接力亞軍、女子(zǐ)800米自由泳季軍(jun1)。
基於這些捕捉到的運動數(shù)據(jù),美國的科學團隊會構(gòu)建運動員的“數字孿生”,可以理解為複雜係統和過程的數學(xué)模型,可以在計算機中(zhōng)模擬運動員在不(bú)同條件下的比賽。肯·奧諾團(tuán)隊收集了100多名美國頂級運動員的數千次遊泳數據。他們可以把數(shù)字孿生的(de)比賽數據(jù)與數據庫進行(háng)比較,進行調(diào)整,並組裝出運動員應該使用的最佳公式,比如,從跳水開始時踢多(duō)少次腿,進入轉身時手的位置在哪裏,呼吸多少(shǎo)次,又以什麽模式。這是為每個運動員量身定製的。
數字孿生之間的模擬比(bǐ)賽,還會樹立運動員的信心,數字競爭對(duì)手(shǒu)一開始會領先,但後(hòu)期會放慢速(sù)度,運動員會趕(gǎn)上。這會給受訓的美國運動員一種額外的自信,好像他們不會輸,在他們心中認為,如果我(wǒ)按照(zhào)那個公式(shì)遊泳,我就贏了比賽,會一直(zhí)贏。
不過,據潘展樂說,雖然他距離真正標準的技術還差很多,沒想到老外“比我還差”,“他們那種死肌肉沒用(yòng)”。
體育(yù)競賽的核心原(yuán)則之一是公平競爭。興奮劑(jì)的使用打破了(le)運動員之間的自然平衡,並可能(néng)對運動員(yuán)的健康(kāng)造成嚴重損害(hài)。
物理手(shǒu)段(如運動器材、訓練設備、運(yùn)動服裝等)在一定程度(dù)上被允許,是(shì)因(yīn)為它們可以被視(shì)為運動員訓練和比賽(sài)的輔助工具,不僅相對容易監管和控製,也沒有像興奮劑那樣,直接作用於人體生理機能,而是需(xū)要運動員的技能和體能來實(shí)現性能提升(shēng),符合運動員通過訓練和天賦來提升表(biǎo)現(xiàn)的體育精神。
興奮劑問題一直(zhí)是遊泳項目的爭議點(diǎn),如果說,公眾的注意力被化學手段這(zhè)類科技的(de)“黑暗力量”吸引,更多關注了與之有關的種(zhǒng)族歧視、大國博弈、話(huà)語爭奪等焦點(diǎn),那麽數學、物(wù)理手段等科技的“光明力量”,可能(néng)處於一個被忽視的(de)戰場。
隨著算力的發展、人工智能技術的進步,科學方法一定會繼續刷新人(rén)類速度極限,奧運會也必然成為大國(guó)科(kē)技競爭(zhēng)的舞(wǔ)台。