與往年相比，2018年的農(nóng)歷春節(jié)格外熱火朝天：第23屆冬季奧運會在韓國平昌拉開帷幕，來自90多個國家和地區(qū)的近3000名選手共聚一堂，切磋競技。
冬奧會的好看，除了不懈努力、奮勇拼搏的運動健兒，“友誼第一、比賽第二”的競賽精神，科技在其中同樣發(fā)揮了重要作用。
開幕式上，1218架無人機點亮了夜空，并創(chuàng)造了“同時放飛數(shù)量最多無人機”的吉尼斯世界紀錄；逾1.1萬公里的通信及電視轉(zhuǎn)播線路，架設(shè)了基站集群，搭建起完整的5G網(wǎng)絡(luò)環(huán)境；360°視頻和VR技術(shù)的介入，可以更好地幫助運動員備戰(zhàn)，包括賽前場地檢查、熟悉路線等等……
可以說，科技憑借其獨特的魅力和作用，“制霸”了整個冬奧會賽場。
技術(shù)VS嚴寒
對于來自全世界各地的冬奧會參賽選手來說，嚴寒都是他們永恒的挑戰(zhàn)。
1994年，在挪威利勒哈默爾冬奧會上，由于擔(dān)心鳥類無法承受極寒天氣，主辦方不得不取消了原定在開幕式上放飛鴿子的計劃。更為糟糕的是，據(jù)氣象學(xué)家們的測算，2018年冬奧會可能成為自利勒哈默爾冬奧會以來最為寒冷的一屆。
因此，對于一直致力于國家隊制服設(shè)計的設(shè)計師與工程師來說，在美觀與符合空氣動力學(xué)之外，如今需要考慮的因素又多了一項：對抗極端氣候下的嚴寒。
在這一方面，來自太平洋對岸的美國代表隊為我們提供了一種全新的解決方案：在隊服里裝備加熱裝置，以此來幫助運動員趕走低溫困擾。
在本屆冬奧會開幕式上，美國代表隊以一襲紅、白、藍三色相間的外套亮相。衣服看似普通，實則“暗藏玄機”：外套中藏有電子導(dǎo)熱金屬墨水制成的條紋，并被設(shè)計成美國國旗的形狀，其功效類似于電熱毯，可以持續(xù)供熱5~11個小時。
那么，這件神奇的發(fā)熱外套究竟是如何工作的呢？細長的鋰離子電池組上設(shè)有按鈕，運動員按下按鈕就能激活自動保溫外套。開關(guān)啟動后，電子會在銀墨中涌動，直到碰到電阻式的碳墊，進而產(chǎn)生熱量。據(jù)了解，這款發(fā)熱外套具備三檔溫度，運動員可以根據(jù)所需自行調(diào)節(jié)。
據(jù)美國代表隊隊服制造商介紹，這項技術(shù)的靈感來源于汽車的加熱座椅，只不過這套運動服的彈性更為出色。另外，美國代表隊在閉幕式上穿著的白色防水短夾克，同樣利用了基于導(dǎo)電墨水的保溫技術(shù)。
除了統(tǒng)一的隊服，美國雪車隊的運動員也在本屆冬奧會上配備了全新的裝備。設(shè)計師們介紹，當(dāng)運動員在室外賽道上以140多公里的時速行進時，這套新裝備可為他們提供額外的熱量。
這些熱量來自于一種被稱為“ColdGear紅外線”的新型織物技術(shù)，其材料包括陶瓷等在內(nèi)的混合化合物，通常被設(shè)計用來鎖住身體的熱度。當(dāng)然，設(shè)計師在兼顧保暖性能的同時也不忘初衷——在運動服的肩部、上臂和背部都采用了不同的先進面料，以更好地利用空氣動力原理。
事實上，為了找尋到這種更加符合空氣動力學(xué)的新材料，設(shè)計師們可謂大費周章。他們在人體模型上做了100次試驗，每次都讓模型穿著不同的面料。最終，一種名為“H1”的候選織物脫穎而出，進入了設(shè)計師們的視線——它由尼龍和氨綸制成，獨特的編織方式有助于減少風(fēng)阻。
用手指沿著一個方向觸摸H1時，幾乎可以明顯察覺到它鋸齒狀或鯊魚皮狀一般的紋理。設(shè)計師表示，這種類似砂紙的表面可以擾亂運動員身體上的氣流，使其在運動員身體周圍環(huán)繞，然后通過縮小尾跡來減少阻力。
科學(xué)VS難點
作為平昌冬奧會的6個新增小項之一，單板滑雪大跳臺（Big Air Snowboarders）項目開始被越來越多的人所關(guān)注。
所謂的單板滑雪大跳臺，就是選手從高處滑下來，在大跳臺前進行跳躍后，再進行各種空翻、回轉(zhuǎn)等空中絕技表演的比賽。此次冬奧會特別設(shè)置了一條高達49米的滑雪坡道，這意味著單板滑雪大跳臺選手在可能完成驚人絕技的同時，潛在的危險也隨之加大。
為了在比賽中獲得優(yōu)勝，單板滑雪運動員必須控制好神經(jīng)和腎上腺素，同時還要掌握能量守恒以及雪熱力學(xué)等理論。而在這個動態(tài)的過程中，只要稍有不慎，選手就可能導(dǎo)致手腕、踝關(guān)節(jié)、膝關(guān)節(jié)的受傷。
此次參加冬奧會單板滑雪的選手包括來自加拿大的Max Parrot以及奧地利的Anna Gasser。在不久前剛剛結(jié)束的冬季極限運動大賽中，兩人分別斬獲男子與女子單板滑雪項目的冠軍。在那次的比賽中，Parrot完成了5次完整的側(cè)轉(zhuǎn)體（1800°）和4次完整的正面翻滾轉(zhuǎn)體（1440°），并且每一次都完美落地。
這并不全是天賦使然。從物理學(xué)的角度來說，Parrot、Gasser以及其他表現(xiàn)優(yōu)異的選手，在空中除了能夠憑借本能操控自己的身體進行復(fù)雜多變的旋轉(zhuǎn)與扭曲等高難度動作外，還利用到了角動量原理。
任何圍繞軸旋轉(zhuǎn)的物體，比如旋轉(zhuǎn)中的陀螺等，都會以同樣的速度持續(xù)旋轉(zhuǎn)，除非外來物體阻擋了它的路線或者改變了其形狀。而單板滑雪選手就如同陀螺一樣：當(dāng)他們在空中收回手臂，就旋轉(zhuǎn)得很快；伸展手臂則相反。
然而鮮為人知的是，這種靈感與啟迪卻是來自于貓。
“如果貓從高處墜落，它會在空中扭轉(zhuǎn)身體，然后以足落地。對單板滑雪運動員來說也是一樣，只不過他們是從16層樓高的地方下落。”美國加州大學(xué)戴維斯分校天體物理學(xué)家MaruŠa Brada表示。
那么，這一過程具體是如何發(fā)生的呢？在空中，貓以腰為支點，先將前腿蜷縮在胸前，同時向反方向伸出后腿以改變轉(zhuǎn)動慣量，這樣就使得前半身旋轉(zhuǎn)得更快。如此一來，貓就可在不借助外力的情況下成功旋轉(zhuǎn)身體。
但與貓不同的是，單板滑雪運動員的雙腳被綁定在滑板上，而且其跳躍的精確形狀也會影響運動員的動量。比如，一個急劇上升的曲線會引發(fā)向后的旋轉(zhuǎn)，而單板滑雪時一個意想不到的角度，都可能直接影響著陸結(jié)果，甚至可能引發(fā)運動損傷。
為此，科學(xué)家們利用物理學(xué)原理，對冬季公園的地形進行了建模，進而設(shè)計出了相對安全的跳躍姿勢。“這并不意味著運動員可以不再受傷，但起碼會降低受傷的可能性和程度。”美國科羅拉多礦業(yè)大學(xué)物理學(xué)家James McNeil表示。
大多數(shù)的單板滑雪在跳躍時會有一個起點，緊接著是一個平坦的區(qū)域可供選手進行表演，然后是落地區(qū)域——一個與地面最大成40°夾角的斜坡。而大多數(shù)單板滑雪選手的受傷都發(fā)生在降落到平坦的表演區(qū)域時。
對此，物理學(xué)家們使用“等量跌落高度”這一概念來量化這種情況下的潛在影響：一個人從49米的高空落下一定受傷，但當(dāng)滑雪板以一個角度從斜坡降落，這就相等于從一個低很多的高度下落。因此，在陡坡落地更為安全，選手膝蓋所受的沖擊也要少得多。
對此，國際滑雪聯(lián)合會競賽主管Roberto Moresi在一封郵件中表示：“在設(shè)計階段，我們在考慮起飛角度和著陸角度時，會仔細觀察所有的測量數(shù)據(jù)和飛行曲線。一個好的跳躍動作，會讓運動員在落地時幾乎感覺不到?jīng)_擊，這正是我們的目標(biāo)。”
而人們也有理由相信，伴隨著科技的注入，未來的體育競技也會變得越來越安全。■