回顾历届奥运会上的高科技

回顾历届奥运会上的高科技

正值巴西里约热内卢奥运会到来之际,特此回顾历史,看看以往奥运会上出现的科技产品都有哪一些沿用至今。

首次在奥运会赛场出现,澳大利亚名将索普身着此款泳衣收获三枚金牌。众多游泳高手都试图通过使用带有V形背脊的“鲨鱼皮”联体泳衣来增强竞争力。因为据这种泳衣的制造商Speedo公司称,它可使游泳选手的速度增加3%。

美国的Marion Jones和澳大利亚的Cathy Freeman等短跑明星,使用耐克公司所开发的特制赛跑服。这种赛跑服非常圆滑,带有头罩,可盖住短跑选手面部和手脚之外的所有部位。这样可以对肌肉起到保温和压缩的作用,提高选手的短跑成绩。

澳大利亚马拉松选手Steve Moneghetti穿着一种用再生软饮料瓶制成的短裤和背心参加比赛,据生产商耐克公司称,这种材料比织物更凉爽。

奥运会百米赛跑冠军Donovan Bailey穿上阿迪达斯公司生产的特制跑鞋。据称,这种特制跑鞋有一个坚硬的金属板,可使人类的脚趾在赛跑时,像美洲豹的爪子一样保持僵硬。

2008年北京奥运会采用了大量世界尖端的新技术,如地面升降舞台、多媒体、地面LED系统、指挥系统、通讯系统等几十项高新科技,涉及多个领域。

奥运五环在鸟巢中缓缓升起,飞向浩瀚夜空;中国古代书画卷轴缓缓展开,呈现出水墨画的古典意境;古老丝绸之路上,巨大的木舟乘风破浪这些令人震撼的视觉效果都是由鸟巢华丽的灯光勾勒出来的。

在奥运会开幕式上,鸟巢内部的600余盏比赛照明灯全部被弃用,张艺谋选用自带的照明灯具。科技进入数码时代,灯光效果也过渡为数码灯。这种新兴的灯光效果使得08年奥运会开幕式舞台效果的规模和想象力都发挥到了极致。 2008年北京奥运会上使用的是数码灯:PG灯,即高亮度投影灯,运用光学投影原理,采用高亮度的光源,将底片上的内容以全彩的形式投射到地面上,在夜间能够形成极富视觉冲击力的画面效果。在开幕式表演中,场地中央始终贯穿表演的大型卷轴,以及在卷轴上陆续展现出由古代到现代的演进动画,都是经过前期制作之后,由这种PG灯投射至场地中央。中国水墨画黑白对比的古朴,西洋油画的绚丽,再到印象派的浓厚色彩,都是依靠这种高科技技术呈现的。

LED,即发光二极管,是一种半导体固体发光器件,它是利用固体半导体芯片作为发光材料,当两端加上正向电压,半导体中的载流子发生复合引起光子发射而产生光。LED可以直接发出红、黄、蓝、绿、青、橙、紫、白色的光。

在2008年奥运会上,LED得到了最大限度的利用。开场的卷画轴就打开在一个巨大的LED屏幕上。屏幕长147米,宽22米,是科技含量最高的一个巨大平台,上面铺了4万4千颗LED。LED制造的光影效果和表演密切结合,幻化出各种图案,将观众引入梦幻般的世界中。LED经过反复测试,完全经得住演员踩踏、水浸等考验。虽然整个开幕式时间很长,但蓄电池等科技攻关技术,解决了LED的能源难题。

2008年奥运会开幕式上,舞台中央开了一个大洞,一个有6层楼高、直径约20米的“地球”缓缓从中升起。这么大的“地球”藏身何处呢?原来,这个“地球”是先压缩在地下的,也就是说,球体结构必须是柔性的。放在地面时是椭圆形,被上面的钢丝拉起后才会变成球形。

升降台升起球体之后,演员需要在球体的立面上表演,因此升起后又需要具有很强的稳定性,才能保障演出安全和效果。这全依赖高科技的铝合金感光材料,让“地球”能屈能伸。

2008年奥运会开幕式上,在巨大的卷轴上空,“飞鸟”与“鲸鱼”自在地飞翔和遨游,这些又是怎么做出来的?原来,以前开幕式上使用幻灯投影技术,而本次则使用万相多媒体装备。它可以利用电脑把文字、图形、影像、动画、声音及视频等媒体信息都数位化,再整合在一定的交互式界面,才能在“鸟巢”顶部营造出上千平方米的碗边形状的屏幕,显现出“鲸鱼”自在游动的清晰画面,表达了人与自然和谐相处。

焰火组成的29个巨色脚印,拉开了第29届北京奥运会的序幕,象征着现代奥林匹克盛会一步步向着北京走来,进入鸟巢。这29个大脚印的点燃采用了电脑系统控制,采用的是数码点火的方式。这种技术在很短的时间内就能点燃所有焰火,保证焰火可以在短短几秒钟之内横穿3.5公里。另外,在鸟巢旁边的龙形水系设有22个发射点,利用电脑进行数码控制之后,所有的焰火弹能够接连不断地射上天空,让焰火整体看起来就像一条腾空的巨龙一样。尽管采用的还是传统焰火,但是经过数码点火,焰火就呈现出与以往不同的视觉效果。

伦敦奥运会官方图片社Getty Images在一些奥运会赛场安装摄影机器人,这些摄影机器人可以实现远程控制以及360度旋转。据美国全国广播公司在报道中称,“摄影器材可以藏在闪光灯、房椽和脚手架,安放在奥运会赛场及其周边,在那些因距离和安全原因,摄影师无法到达的地方最能发挥作用。”

在美国《大西洋月刊》中报道,观看奥运会期间,在电视上听到的大部分声音都不是真实的。有些声音并不是在比赛现场录制的,至少从这种意义上说这不是真的。有些音频是在优化的条件下提前录制的,然后用于电视转播。《大西洋月刊》的网站上还举了奥运会射箭比赛的例子,一位奥运会音频工程师说这种声音基于他从电影《罗宾汉》中听到的声音,他用一个特制的麦克风放在射箭选手和箭耙之间的地面上来采集声音。据称,这种方法产生了一个在现场没人能实际经历的声音。

伦敦奥运会主体育场跑道采用了一种全新的表面,这意味着田径选手不需要穿钉鞋参加比赛。据英国广播公司报道:“其他跑道的设计在顶层采用橡胶颗粒,集产生附着摩擦力和吸震性能于一身。不同以往的是,Mondo公司设计的跑道将这些功能分离到两层,底层采用衬垫,可以缓冲减震,顶层坚固耐用,能使耐滑性、附着摩擦力和耐用性达到最大化。”这种设计使得运动员在赛场上无须穿钉鞋上跑道。

拥有“刀锋战士”、“世界上跑得最快的无腿人”等绰号的南非运动员奥斯卡-皮斯托利斯成为第一位使用假肢参加健全人奥运会的选手。在经历了一番是否应允许使用假肢参加奥运会的争议后,皮斯托利斯使用特制的碳纤维假肢参加400米和4×400米接力比赛。

伦敦奥运会是场“数字奥运会”。许多运动员使用睡眠追踪装置和动作捕捉系统来更精确地了解自身身体状况。据《金融时报》报道,有些经营生物统计仪器的公司还与运动员交易,让他们参与数据采集,以提高小工具的性能。

尽管距离伦敦有数千英里,但是澳大利亚自行车选手已经通过使用虚拟现实技术在伦敦自行车赛场进行训练。在澳大利亚广播公司一个对技术进行说明的视频中可以看到,自行车选手在看着一个看起来像视频游戏的屏幕,这实际上是一个“完全按照伦敦奥运会公路自行车赛场模拟的环境。”每辆训练单车都被固定在澳大利亚体育学院(Australia Institute of Sport)室内,不过车上都配置了一块荧幕,一台GPS和一些测距工具。这套系统同时还可以收集运动员的训练数据,教练可以清晰地得知他们的耗时、速度、能量以及骑行距离。

奥运会的官方计时器欧米茄,在伦敦奥运会游泳和田径赛事上带来了一种新的起跑设备。赛道起跑器首次实现完全电子化。据称,上世纪70年代的技术要求运动员推动起跑器5毫米来起跑。现在,游泳选手出发直接亮灯以显示谁在第一、谁在第二、谁在第三。

本来,奥运会有可能会取消跆拳道比赛,但技术上可以记录踢腿的力量和准确性可能会挽救这项赛事。世界跆拳道联合会主席赵正源在接受采访时说:“我认为跆拳道将真正受益于技术,因为它能确保奖牌颁发给最佳运动员,而不会因裁判误判而颁给其他人。这是我们仍然留在奥运会的一个极好的机会。拥有这种技术的比赛为数不多,这将有助于消除跆拳道比赛中的人为错误。”

能够入选奥运会,对于一名运动员而言不仅仅是实力的证明,还是一种至高的荣耀。奥运会的主办方是否能够运用科技的力量帮助运动员们专心比赛,为他们消除生活中的后顾之忧呢?伦敦奥运会的数码合作伙伴阿托斯公司(Atos)就做到了。阿托斯公司为参加奥运会以及残奥会的近1.5万名运动员建立了一套身份信息系统,被收录在该系统内的运动员就相当于获得了一枚认证标签,可以更为容易地获得签证以及一系列的优惠政策。阿托斯公司还编写了配套的应用程序,运动员们平日可以通过手机、平板或是电脑,登陆到自己的身份账户。账户内将收录包括参赛日程、训练计划和比赛成绩在内的诸多信息,这相当于为每个参赛者配备了一名“数码管家”。

美国作为航天强国,将自己的航天技术也运用到了奥运会的备战上。美国知名长跑运动员珊侬罗伯里(Shannon Rowbury)不幸遭遇伤病,股骨受损。不过有了航天科技帮助,她在诊断后仅休息了六周就恢复训练。罗伯里应用的是一套AlterG反重力跑步辅助装置,它可以让训练者最少仅以自身20%的体重进行训练,运动员的身体负担将被大大减少。这种跑步机的原理是将空气打入跑步者腰部以下环绕的气囊里,当气囊里的气压升高,跑步者就会被抬高,体重的负荷因此减轻。运动员只需通过按下面板内的上/下键便可以减轻体重的重量,最多可减少80%。

对于自行车运动员而言,风洞试验室是他们忠实的科技伙伴。风洞试验室的数据分析能够帮助运动员优化训练项目,调整训练方法,并且利用空气动力学的科技成果提高运动员的成绩。但是长久以来,风洞试验室的分析都只能以个人为单位,为某个运动员服务。澳大利亚莫纳什大学(Monash University)的研究人员改良了手上一台用于测试飞机和汽车的实验设备,使其能够采集运动员的数据信息进行分析。更为关键的是,这台机器跨越了之前只分析个体的壁垒,可以同时分析整个自行车车队的数据。这样一来,教练便可以根据分析结果为整个车队制定训练计划,找到提高全队成绩的办法。

虽说是运动员一人参与奥运会比赛,可他代表得可不仅仅是他一个人。运动员身后有支持他的祖国,更有为他训练忙前忙后的教练团队。美国跨栏选手洛洛琼斯(Lolo Jones)参加了“红牛X计划”(Red Bull Project X),她曾在一段视频中说过:“我不是一个人在战斗”(It takes a team)。该视频展示了琼斯背后的整个工作团队:一名教练、一名总监、一名经理、一名运动科学家、一名执教顾问和一名生理学顾问。如此丰富强大的工作团队自然不是在白忙活,他们使用了最尖端的科技。

红牛X计划中使用的是一套3D数码分析系统,这套系统能够做到许多人类无法做到的事。X计划分为3大块Vicon 3D追踪系统、光学测量系统Optojump Next和数据采集工具Phantom Flex Camera。3大科技相辅相成,既能够给运动员的表现一个宏观的评价,又能够将训练比赛的每一分钟拆解为无数微小的片断以供分析。

琼斯的团队在她的身上做了39个反射标记,有了这些标记,40架每秒能够拍摄2000帧图像的Vicon T40S动作捕捉相机将会追踪她的一切动作。光学测量系统Optojump Next会把琼斯的每一次跳跃分解为接触时间(contact time),腾空时间(flight time),腾空高度(height),跨栏节奏(rhythm),比能量(specific energy),比功率(specific power),总能量(total energy)和总功率(total power)诸多部分。最后,每秒能够拍摄10750帧图像的摄像机Phantom Flex Camera将用图像记录下琼斯的每分每秒。

“如果科技能够帮助一名运动员表现得更好,那么这套系统就能够让每个人都从中获益。”琼斯的平均百米跨栏成绩为12.5秒,她认为这里面有很大的一部分要归功于身后的团队和科技的帮助。

在比赛中取得良好的成绩会得到观众的欢呼,会有裁判为其打分。不过在训练之中,运动员如何知道自己的表现如何呢?英格兰伯明翰艺术与设计学院可视化研究所(Visualisation Research Unit at the Birmingham Institute of Art and Design)的作曲家、声音工程师乔纳森格林(Jonathan Green)、舞者格雷戈里斯伯顿(Gregory Sporton)开发了一套名为Motivepro的反馈系统。这套系统的初衷是为舞蹈演员提供实时动作反馈。舞蹈演员被要求穿戴一系列的传感器,他们的动作信息将被Motivepro采集。一旦穿戴者有肢体活动超出了预设的范围,装置内的震动器会发出震动以示提醒。

韵律体操运动员米米西萨(Mimi Cesar)发现可以这套系统也可以应用到与舞蹈有一定类似的韵律体操上。对于韵律体操项目,团队的同步性尤为关键。Motivepro系统能够在某个运动员的动作不合拍时发出提醒,还可以收集运动信息以供教练分析。有了这套系统帮助训练,整个团队的配合是不是会更加的默契呢?

2012伦敦奥运会在游泳比赛中使用一套全新升级的泳池起跳台。该起跳台由欧米茄(Omega)公司设计制作。与之前的起跳台相比,进步之处在于它拥有经过专利认证的可调节式斜面踏板,使运动员在采用蹲踞式起跳时后腿弯曲成为90度夹角,这被认为是最适合发力的起跳姿势。新的起跳台还配置了全新的传感系统。这套传感系统可以确保运动员们在相同的时间听到比赛开始的哨音,可以有效避免运动员发生不必要的失误。同时,全新升级的泳池起跳台上海装置有被称为“游泳排名指示灯”的信号灯系统,比赛结束时,起跳台上将通过不同的光点标注出获得1、2、3名的泳道,让现场观众一目了然。

葛兰素史克公司(GlaxoSmithKline)在奥林匹克公园旁的国王学院(Kings College)内建起了为奥运会药检服务的科学中心(The Science Centre)。奥运期间,该中心一天24小时不休工作,每日监测尿样、血样超过6000份。每场比赛结束后,所有的奖牌得主以及随机挑选的其余半数参赛选手都进入该中心进行违禁药物检测。受检样本在此被分为A、B两份,A份被储存八年,以待未来更先进的科技检测;B份被送入该药检中心。该药检中心一次测试就可以检查70项违禁药物成分,而每份受检样本在此都将受到共计240项的违禁药物成分检测。可见奥运会的公平进行是有着强大的技术保障。

通用电气(GE)医疗公司为2012伦敦奥运会提供了电子医疗档案解决方案,使得医师和运动员都可以通过网络让病例触手可及。在伦敦奥运会倒计时表打到90天时,这套涵盖了超过700名涉会人员的电子医疗档案就制作好了。同时,GE医疗公司还在奥运公园安置了医疗诊断设备,作为整套电子医疗档案的配套设施。

奥运会期间,住在奥运村内的1.6万余名奥运选手和6000余名残奥会选手都将有幸得到的医疗后勤保障。由GE医疗公司提供的最新版超大号磁共振成像仪、超高清CT仪、无线数码X光检测系统、升级版检测仪和为奥运会特制的心电图检测设备,各个都让奥运会的医疗志愿者们开了一回眼界。这些设备在奥运会结束后都不会被撤走,它们继续在这片承载了欢呼和汗水的土地上服务。

造雪机是在-15℃的蒸发器上结成冰,通过冷却的空气输送到滑雪道方式的不受大气温度影响的崭新造雪系统,由于气候的原因,北京和张家口举办冬奥会,会大量使用到造雪设备。人工造雪机不受气候的影响,只要能保持一定的水量就可以造雪。

在索契奥运会上,举办地实在有些不幸索契是俄罗斯国内最为温暖的地区之一。为了确保能有足够的粉状积雪支撑比赛进行,俄罗斯方面的组织者们利用雪炮射出大量人造雪花。根据《纽约时报》公布的消息,此次比赛造雪共用去约2.3亿加仑水,降雪覆盖面积达到约1000个足球场大小。