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(yùn)會(huì)在韓國(guó)平昌拉開(kāi)帷幕，來(lái)自90多個(gè)國(guó)家和地區(qū)的近3000名選手共聚一堂，切磋競(jìng)技。
冬奧會(huì)的好看，除了不懈努力、奮勇拼搏的運(yùn)動(dòng)健兒，“友誼第一、比賽第二”的競(jìng)賽精神，科技在其中同樣發(fā)揮了重要作用。
開(kāi)幕式上，1218架無(wú)人機(jī)點(diǎn)亮了夜空，并創(chuàng)造了“同時(shí)放飛數(shù)量最多無(wú)人機(jī)”的吉尼斯世界紀(jì)錄；逾1.1萬(wàn)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(yùn)動(dòng)員備戰(zhàn)，包括賽前場(chǎng)地檢查、熟悉路線等等……
可以說(shuō)，科技憑借其獨(dú)特的魅力和作用，“制霸”了整個(gè)冬奧會(huì)賽場(chǎng)。
技術(shù)VS嚴(yán)寒
對(duì)于來(lái)自全世界各地的冬奧會(huì)參賽選手來(lái)說(shuō)，嚴(yán)寒都是他們永恒的挑戰(zhàn)。
1994年，在挪威利勒哈默爾冬奧會(huì)上，由于擔(dān)心鳥(niǎo)類無(wú)法承受極寒天氣，主辦方不得不取消了原定在開(kāi)幕式上放飛鴿子的計(jì)劃。更為糟糕的是，據(jù)氣象學(xué)家們的測(cè)算，2018年冬奧會(huì)可能成為自利勒哈默爾冬奧會(huì)以來(lái)最為寒冷的一屆。
因此，對(duì)于一直致力于國(guó)家隊(duì)制服設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)師與工程師來(lái)說(shuō)，在美觀與符合空氣動(dòng)力學(xué)之外，如今需要考慮的因素又多了一項(xiàng)：對(duì)抗極端氣候下的嚴(yán)寒。
在這一方面，來(lái)自太平洋對(duì)岸的美國(guó)代表隊(duì)為我們提供了一種全新的解決方案：在隊(duì)服里裝備加熱裝置，以此來(lái)幫助運(yùn)動(dòng)員趕走低溫困擾。
在本屆冬奧會(huì)開(kāi)幕式上，美國(guó)代表隊(duì)以一襲紅、白、藍(lán)三色相間的外套亮相。衣服看似普通，實(shí)則“暗藏玄機(jī)”：外套中藏有電子導(dǎo)熱金屬墨水制成的條紋，并被設(shè)計(jì)成美國(guó)國(guó)旗的形狀，其功效類似于電熱毯，可以持續(xù)供熱5~11個(gè)小時(shí)。
那么，這件神奇的發(fā)熱外套究竟是如何工作的呢？細(xì)長(zhǎng)的鋰離子電池組上設(shè)有按鈕，運(yùn)動(dòng)員按下按鈕就能激活自動(dòng)保溫外套。開(kāi)關(guān)啟動(dòng)后，電子會(huì)在銀墨中涌動(dòng)，直到碰到電阻式的碳?jí)|，進(jìn)而產(chǎn)生熱量。據(jù)了解，這款發(fā)熱外套具備三檔溫度，運(yùn)動(dòng)員可以根據(jù)所需自行調(diào)節(jié)。
據(jù)美國(guó)代表隊(duì)隊(duì)服制造商介紹，這項(xiàng)技術(shù)的靈感來(lái)源于汽車的加熱座椅，只不過(guò)這套運(yùn)動(dòng)服的彈性更為出色。另外，美國(guó)代表隊(duì)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(duì)服，美國(guó)雪車隊(duì)的運(yùn)動(dòng)員也在本屆冬奧會(huì)上配備了全新的裝備。設(shè)計(jì)師們介紹，當(dāng)運(yùn)動(dòng)員在室外賽道上以140多公里的時(shí)速行進(jìn)時(shí)，這套新裝備可為他們提供額外的熱量。
這些熱量來(lái)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(jì)用來(lái)鎖住身體的熱度。當(dāng)然，設(shè)計(jì)師在兼顧保暖性能的同時(shí)也不忘初衷——在運(yùn)動(dòng)服的肩部、上臂和背部都采用了不同的先進(jìn)面料，以更好地利用空氣動(dòng)力原理。
事實(shí)上，為了找尋到這種更加符合空氣動(dòng)力學(xué)的新材料，設(shè)計(jì)師們可謂大費(fèi)周章。他們?cè)谌梭w模型上做了100次試驗(yàn)，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(jìn)入了設(shè)計(jì)師們的視線——它由尼龍和氨綸制成，獨(dú)特的編織方式有助于減少風(fēng)阻。
用手指沿著一個(gè)方向觸摸H1時(shí)，幾乎可以明顯察覺(jué)到它鋸齒狀或鯊魚皮狀一般的紋理。設(shè)計(jì)師表示，這種類似砂紙的表面可以擾亂運(yùn)動(dòng)員身體上的氣流，使其在運(yùn)動(dòng)員身體周圍環(huán)繞，然后通過(guò)縮小尾跡來(lái)減少阻力。
科學(xué)VS難點(diǎn)
作為平昌冬奧會(huì)的6個(gè)新增小項(xiàng)之一，單板滑雪大跳臺(tái)（Big Air Snowboarders）項(xiàng)目開(kāi)始被越來(lái)越多的人所關(guān)注。
所謂的單板滑雪大跳臺(tái)，就是選手從高處滑下來(lái)，在大跳臺(tái)前進(jìn)行跳躍后，再進(jìn)行各種空翻、回轉(zhuǎn)等空中絕技表演的比賽。此次冬奧會(huì)特別設(shè)置了一條高達(dá)49米的滑雪坡道，這意味著單板滑雪大跳臺(tái)選手在可能完成驚人絕技的同時(shí)，潛在的危險(xiǎn)也隨之加大。
為了在比賽中獲得優(yōu)勝，單板滑雪運(yùn)動(dòng)員必須控制好神經(jīng)和腎上腺素，同時(shí)還要掌握能量守恒以及雪熱力學(xué)等理論。而在這個(gè)動(dòng)態(tài)的過(guò)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(huì)單板滑雪的選手包括來(lái)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(yùn)動(dòng)大賽中，兩人分別斬獲男子與女子單板滑雪項(xiàng)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(lái)說(shuō)，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(jìn)行復(fù)雜多變的旋轉(zhuǎn)與扭曲等高難度動(dòng)作外，還利用到了角動(dòng)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(huì)以同樣的速度持續(xù)旋轉(zhuǎn)，除非外來(lái)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?cè)诳罩惺栈厥直�，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(lái)自于貓。
“如果貓從高處墜落，它會(huì)在空中扭轉(zhuǎn)身體，然后以足落地。對(duì)單板滑雪運(yùn)動(dòng)員來(lái)說(shuō)也是一樣，只不過(guò)他們是從16層樓高的地方下落。”美國(guó)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(guò)程具體是如何發(fā)生的呢？在空中，貓以腰為支點(diǎn)，先將前腿蜷縮在胸前，同時(shí)向反方向伸出后腿以改變轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，這樣就使得前半身旋轉(zhuǎn)得更快。如此一來(lái)，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(yùn)動(dòng)員的雙腳被綁定在滑板上，而且其跳躍的精確形狀也會(huì)影響運(yùn)動(dòng)員的動(dòng)量。比如，一個(gè)急劇上升的曲線會(huì)引發(fā)向后的旋轉(zhuǎn)，而單板滑雪時(shí)一個(gè)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(yùn)動(dòng)損傷。
為此，科學(xué)家們利用物理學(xué)原理，對(duì)冬季公園的地形進(jìn)行了建模，進(jìn)而設(shè)計(jì)出了相對(duì)安全的跳躍姿勢(shì)。“這并不意味著運(yùn)動(dòng)員可以不再受傷，但起碼會(huì)降低受傷的可能性和程度。”美國(guó)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(shí)會(huì)有一個(gè)起點(diǎn)，緊接著是一個(gè)平坦的區(qū)域可供選手進(jìn)行表演，然后是落地區(qū)域——一個(gè)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(shí)。
對(duì)此，物理學(xué)家們使用“等量跌落高度”這一概念來(lái)量化這種情況下的潛在影響：一個(gè)人從49米的高空落下一定受傷，但當(dāng)滑雪板以一個(gè)角度從斜坡降落，這就相等于從一個(gè)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(duì)此，國(guó)際滑雪聯(lián)合會(huì)競(jìng)賽主管Roberto Moresi在一封郵件中表示：“在設(shè)計(jì)階段，我們?cè)诳紤]起飛角度和著陸角度時(shí)，會(huì)仔細(xì)觀察所有的測(cè)量數(shù)據(jù)和飛行曲線。一個(gè)好的跳躍動(dòng)作，會(huì)讓運(yùn)動(dòng)員在落地時(shí)幾乎感覺(jué)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(lái)的體育競(jìng)技也會(huì)變得越來(lái)越安全�！�