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扫一扫关注微信二维码 七七事变84周年

北理工为科技冬奥赋能助力


【编者(zhe)按】2021年是中国(guo)共产党(dang)(dang)(dang)成立100周年,是实施“十四五”规划(hua)、开(kai)启全(quan)面(mian)(mian)建设社会主义现代(dai)化国(guo)家新征程(cheng)的(de)(de)第一(yi)年。在全(quan)党(dang)(dang)(dang)开(kai)展党(dang)(dang)(dang)史学习教(jiao)育之际,党(dang)(dang)(dang)委(wei)宣传部特(te)别推(tui)出“永远跟党(dang)(dang)(dang)走(zou)、奋进新征程(cheng)”专(zhuan)题报道,全(quan)面(mian)(mian)展现学校(xiao)加(jia)强党(dang)(dang)(dang)的(de)(de)领(ling)导党(dang)(dang)(dang)的(de)(de)建设取(qu)得的(de)(de)成绩(ji),生动讲好(hao)北理工人的(de)(de)奋斗故事(shi),广泛凝聚学校(xiao)事(shi)业发(fa)展的(de)(de)磅礴力(li)量(liang),以(yi)优异成绩(ji)迎(ying)接中国(guo)共产党(dang)(dang)(dang)百年华诞。

如何使滑冰滑雪的动(dong)作更精准(zhun)?如何在(zai)非雪季(ji)(ji)(ji)进行(xing)雪上训练?……为(wei)备战北(bei)京冬奥会(hui),提升冬季(ji)(ji)(ji)运动(dong)项(xiang)(xiang)(xiang)目训练水平,几年来,由北(bei)京理(li)工大(da)学(xue)牵头开展(zhan)的一项(xiang)(xiang)(xiang)项(xiang)(xiang)(xiang)“科技冬奥”项(xiang)(xiang)(xiang)目稳步推进。一项(xiang)(xiang)(xiang)项(xiang)(xiang)(xiang)“黑科技”已(yi)经或即将运用于我国冬季(ji)(ji)(ji)运动(dong)项(xiang)(xiang)(xiang)目的训练中,助(zhu)力“科技冬奥”,让运动(dong)员(yuan)在(zai)冰雪赛场上更快、更强!

在距离北京冬奥会还有不到一(yi)年(nian)的(de)时间(jian)里(li),北理工的(de)冬奥“黑科技”项(xiang)目得到了中(zhong)央电视(shi)台(tai)、新华社、《光明日报》等媒体的(de)广泛关注和报道。让我们跟随(sui)媒体一(yi)同(tong)认识一(yi)下奋战在科技冬奥战线(xian)上的(de)幕后(hou)英雄和他们的(de)“黑科技”。

“高精镜头”追踪冰上运动轨迹

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光电学院仪器研究所(suo)副教授刘明(ming)正在进行设备调试

连日(ri)来,在首都(dou)体育学院(yuan)的滑(hua)冰馆内(nei),北理工光电学院(yuan)仪器研(yan)究所副教授刘明带领团队一遍(bian)遍(bian)测(ce)试设(she)备。看台上竖立着图(tu)像(xiang)采集云台变焦设(she)备和超高清相机,刘明盯着4K显示器中正在冰场内(nei)滑(hua)冰的测(ce)试人员图(tu)像(xiang),操作电脑,采集分析其运动轨迹。

这套(tao)云台(tai)(tai)变(bian)焦(jiao)设备(bei),并(bing)不(bu)算(suan)庞然大物(wu),是两台(tai)(tai)将冰上运(yun)动(dong)(dong)员(yuan)的(de)(de)(de)运(yun)动(dong)(dong)轨(gui)(gui)迹、过程加(jia)以(yi)(yi)捕捉(zhuo)(zhuo)、采(cai)集(ji)的(de)(de)(de)装备(bei)。“云台(tai)(tai)变(bian)焦(jiao)运(yun)动(dong)(dong)轨(gui)(gui)迹采(cai)集(ji)与动(dong)(dong)作(zuo)捕捉(zhuo)(zhuo)分(fen)析设备(bei)是有(you)变(bian)焦(jiao)功能(neng)(neng)的(de)(de)(de),加(jia)入了(le)智能(neng)(neng)跟踪算(suan)法,可(ke)以(yi)(yi)从运(yun)动(dong)(dong)员(yuan)起(qi)跑(pao)开始跟随其(qi)全部(bu)运(yun)动(dong)(dong)过程,运(yun)动(dong)(dong)员(yuan)在画面(mian)中大小相对稳(wen)定,就能(neng)(neng)形成对其(qi)比较(jiao)精(jing)(jing)细的(de)(de)(de)特写。一方面(mian)可(ke)以(yi)(yi)便于提取其(qi)运(yun)动(dong)(dong)轨(gui)(gui)迹,同时(shi)(shi)也可(ke)以(yi)(yi)对其(qi)身体部(bu)位进行(xing)动(dong)(dong)作(zuo)捕捉(zhuo)(zhuo)。冰场(chang)全景图像采(cai)集(ji)与运(yun)动(dong)(dong)轨(gui)(gui)迹分(fen)析系(xi)统则可(ke)对整个赛场(chang)进行(xing)全景拍摄,它有(you)很高(gao)(gao)的(de)(de)(de)单帧(zhen)(zhen)分(fen)辨率,能(neng)(neng)达到(dao)2500万像素和(he)每秒160帧(zhen)(zhen)的(de)(de)(de)帧(zhen)(zhen)频,可(ke)记录(lu)大场(chang)景下高(gao)(gao)速运(yun)动(dong)(dong)运(yun)动(dong)(dong)员(yuan)的(de)(de)(de)轨(gui)(gui)迹。虽然精(jing)(jing)度低(di)些,但能(neng)(neng)同时(shi)(shi)测(ce)量多人。”刘明表示。

两台装备的强强组合,究竟能帮(bang)上运(yun)动(dong)(dong)员(yuan)什么忙?刘明(ming)(ming)表示,采集运(yun)动(dong)(dong)员(yuan)跟踪特写和(he)(he)轨迹,可(ke)以(yi)帮(bang)助(zhu)运(yun)动(dong)(dong)员(yuan)优化技(ji)术(shu)动(dong)(dong)作,更加科(ke)学(xue)、有效(xiao)地(di)进行训练。“例如系统可(ke)以(yi)分析(xi)运(yun)动(dong)(dong)员(yuan)头部位置,分析(xi)过弯道时(shi)头部距离冰面(mian)的高度,帮(bang)助(zhu)运(yun)动(dong)(dong)员(yuan)在训练中(zhong)更科(ke)学(xue)地(di)调整身(shen)体姿态和(he)(he)平衡。”刘明(ming)(ming)说。

那么,完成(cheng)跟踪记(ji)录(lu)(lu),为何不用高(gao)速摄像机(ji)代(dai)劳?刘明的答案很简单,自己的设(she)备(bei)就是要让运动员(yuan)、教练员(yuan)觉得好用。现有市场上(shang)常见的设(she)备(bei)都可以满足多(duo)角度拍(pai)摄和(he)三维测(ce)算(suan)需求,但视野相对固(gu)定,记(ji)录(lu)(lu)范围(wei)相对有限,若要记(ji)录(lu)(lu)较大范围(wei)场地(di),则需设(she)置覆盖不同区(qu)域的多(duo)组相机(ji),系(xi)统(tong)复杂(za)、造价很高(gao),通(tong)常固(gu)定安(an)装在冰场内(nei)无法移动。

刘明表示,为突破这些局(ju)限,仅(jin)是镜头(tou)从(cong)(cong)开始研(yan)发到目(mu)前产品已经经历了7个版本。“将云台(tai)变(bian)焦(jiao)技术运用于机器视(shi)觉(jue)中(zhong),首先(xian)要(yao)解决的(de)(de)问题(ti)就(jiu)(jiu)是精(jing)(jing)度问题(ti),云台(tai)有个角精(jing)(jing)度,变(bian)焦(jiao)镜头(tou)有个焦(jiao)距变(bian)化(hua)的(de)(de)精(jing)(jing)度,所以必须随时知道焦(jiao)距和放大(da)率的(de)(de)实时数据。而市面上的(de)(de)镜头(tou)无法(fa)(fa)(fa)做到,所以从(cong)(cong)转台(tai)到变(bian)焦(jiao)系统(tong)(tong)只能(neng)自己做,虽然工作(zuo)量很大(da),但设备的(de)(de)精(jing)(jing)度就(jiu)(jiu)有保障了。此外就(jiu)(jiu)是算法(fa)(fa)(fa),作(zuo)为光学跟(gen)踪(zong)系统(tong)(tong),对于目(mu)标物的(de)(de)干(gan)扰、遮挡(dang)(dang)比较敏感,一旦出(chu)现(xian)运动员相互遮挡(dang)(dang)、目(mu)标物短暂(zan)丢失的(de)(de)情况,传(chuan)统(tong)(tong)算法(fa)(fa)(fa)就(jiu)(jiu)会乱套,所以学生下了很大(da)功(gong)夫(fu)去完善,目(mu)前已经实现(xian)了有短暂(zan)遮挡(dang)(dang)继续跟(gen)踪(zong)的(de)(de)功(gong)能(neng),还在不断改进。”刘明说(shuo)。

“希望我(wo)们的设备产(chan)品能尽快运(yun)用于冰上(shang)运(yun)动甚至是(shi)田(tian)径项(xiang)目的教学和训练中,提升运(yun)动员的成绩,这(zhei)将是(shi)我(wo)们最大的光荣!” 刘(liu)明说。

“定位到厘米”的三维重现

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光电学院张海(hai)洋副(fu)教授和(he)无(wu)人(ren)机

在茫(mang)茫(mang)雪原上高(gao)速(su)疾驰,忽而起伏颠簸,忽而侧身(shen)转弯……在北(bei)理工光(guang)(guang)电(dian)学院,“冬季项目(mu)场(chang)景三(san)维(wei)感知及重(zhong)建(jian)技术”课题组的张海(hai)洋正在电(dian)子屏上展(zhan)示其(qi)用三(san)维(wei)激光(guang)(guang)雷(lei)达扫描(miao)系统搭建(jian)的崇礼滑雪场(chang)场(chang)景,让(rang)人身(shen)临(lin)其(qi)境(jing)。他身(shen)旁,摆放着两架搭载激光(guang)(guang)雷(lei)达系统的无人机。

“冬(dong)奥实地(di)赛场(chang)赛道落差大(da)(da),运(yun)(yun)动(dong)员滑全程危险(xian)性、技术要(yao)求很高,需要(yao)克(ke)服很大(da)(da)心理(li)(li)压(ya)力,所以一天(tian)只能滑几(ji)次,体(ti)力消耗(hao)很大(da)(da),借助仿真(zhen)系统可以帮助其提高训(xun)练效率、建(jian)立心理(li)(li)预期(qi)。”张海洋表示,项(xiang)目意义(yi)还(hai)在于为运(yun)(yun)动(dong)员搭建(jian)室内模拟场(chang)景,团(tuan)队扫描完每一个场(chang)景后,VR团(tuan)队都会紧张地(di)投入(ru)到(dao)模拟场(chang)景的制作(zuo)中。

运(yun)动员(yuan)模拟训练系统对(dui)重建精度、低温(wen)(wen)和实时(shi)传输等方面都(dou)要求严格,尤其是(shi)低温(wen)(wen)的(de)(de)挑战特别大。有(you)(you)的(de)(de)雪场方圆几平方公里,有(you)(you)的(de)(de)场地落(luo)差近千米,用(yong)无人机搭载激光雷达(da)扫描效率较高,但无人机在(zai)零下(xia)20摄(she)氏度以下(xia)功效就(jiu)会下(xia)降,为此团队还(hai)开发出(chu)适合(he)低温(wen)(wen)环境运(yun)行的(de)(de)无人机载激光雷达(da)扫描系统。

不同雪(xue)场环境(jing)不同,要做到(dao)真实还原,需收集(ji)大(da)量(liang)实地数据(ju)(ju)。为此(ci),研究团队利用无人机载、车载的激光雷达系(xi)统,奔赴北京、河北、吉林等地多个(ge)滑雪(xue)场进行数据(ju)(ju)扫(sao)描和测试(shi),还通过(guo)运动员(yuan)穿戴(dai)的传感(gan)器,收集(ji)其在(zai)雪(xue)场运动信(xin)息,再反(fan)馈到(dao)显(xian)示(shi)系(xi)统中。

对于(yu)这个由5位(wei)(wei)老师(shi)、10位(wei)(wei)学(xue)生(sheng)组成的(de)团(tuan)队而言,冒着严寒测(ce)雪(xue)场(chang)的(de)经历令所有(you)人难忘(wang)。“1月(yue)初,崇礼雪(xue)场(chang)的(de)温度(du)是零下35摄(she)氏度(du),无人机很难达到(dao)要求,只能由团(tuan)队师(shi)生(sheng)抱着激光雷达冒着低(di)温严寒去测(ce)量。但是由于(yu)场(chang)地起伏、植被(bei)遮挡等原因,激光雷达测(ce)量的(de)一个步进(jin)只有(you)百(bai)米,于(yu)是我(wo)们团(tuan)队男生(sheng)搬着设备、女(nv)生(sheng)记(ji)录数据,充分利用运(yun)动(dong)员(yuan)训练(lian)休息的(de)间隙,一条雪(xue)道(dao)一条雪(xue)道(dao)进(jin)行测(ce)量,整整在低(di)温下测(ce)了一天。到(dao)第二天我(wo)们的(de)三(san)维场(chang)景就做出来了,交给训练(lian)队使(shi)用。”团(tuan)队一位(wei)(wei)成员(yuan)说。

“目(mu)前我们(men)的相关成果(guo)已(yi)应用于(yu)国家队,可(ke)减少运(yun)动员(yuan)在非训(xun)练时的损伤,提(ti)高运(yun)动效(xiao)率,给教练员(yuan)提(ti)供技(ji)术(shu)帮助。”张(zhang)海(hai)洋希望这一技(ji)术(shu)成果(guo)可(ke)以(yi)惠及更多运(yun)动员(yuan)。

室内仿真模拟“高山滑雪”

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自动化学(xue)院研究生曹洪卿正在(zai)体验模拟(ni)滑雪训(xun)练

在北理工一间实(shi)验室内,自(zi)动化学(xue)院研究生曹(cao)洪(hong)卿正穿戴好传感器装备,走(zou)上12米长(zhang)的(de)钢制滑台(tai),踏上滑台(tai)上一副模拟(ni)雪橇(qiao),面(mian)对巨大(da)电子屏上的(de)滑雪场景画面(mian),开始急速左(zuo)右摆动滑行。

因参(can)与“室内多自由度模(mo)拟(ni)滑雪训(xun)练系统(tong)”的(de)研究,曹洪卿专(zhuan)门参(can)加了滑雪培训(xun),以亲身(shen)测试(shi)这套室内模(mo)拟(ni)滑雪训(xun)练设备的(de)效果。“在(zai)滑台上主(zhu)要是做回转(zhuan)运动(dong),在(zai)上面练习(xi)挺累的(de),但有(you)真实雪道的(de)体验,可达到滑雪训(xun)练的(de)目的(de)。”他说(shuo)。

该项目主要是为(wei)高山滑(hua)雪(xue)、越野(ye)滑(hua)雪(xue)等项目的运动(dong)员提(ti)供室内模拟滑(hua)雪(xue)训练(lian)设(she)备(bei),以提(ti)升其(qi)回转、滑(hua)行等专项技(ji)术动(dong)作的训练(lian)效率。同时,通过在滑(hua)雪(xue)训练(lian)平台上安装(zhuang)运动(dong)形态识别与位姿测量系统,可采集(ji)分析运动(dong)员运动(dong)数据(ju),为(wei)科学化训练(lian)提(ti)供指(zhi)导依据(ju)。

课题组负(fu)责(ze)人(ren)、北理工自动(dong)(dong)化学院教授刘向东介(jie)绍,这(zhei)套(tao)设备的(de)优点是让运(yun)(yun)动(dong)(dong)员(yuan)在非雪(xue)季也(ye)能(neng)在室内展开滑(hua)雪(xue)训练(lian),滑(hua)台上的(de)滑(hua)行速度(du)可达百公里的(de)时(shi)速。运(yun)(yun)动(dong)(dong)员(yuan)全身(shen)关节处的(de)17个传感(gan)器,可精准反映其(qi)姿(zi)态动(dong)(dong)作(zuo)数据,帮助教练(lian)评估参考。此(ci)外,这(zhei)套(tao)设备的(de)通用型产品还在滑(hua)台下(xia)加装了运(yun)(yun)动(dong)(dong)模拟(ni)平台,有高低、倾(qing)斜、偏转变化,通过各角(jiao)度(du)帮助运(yun)(yun)动(dong)(dong)员(yuan)训练(lian)。相关设备已用于国家(jia)高山滑(hua)雪(xue)队运(yun)(yun)动(dong)(dong)员(yuan)的(de)日(ri)常训练(lian)。

“北京冬奥会越来(lai)越近,希望我(wo)们(men)的研究成果能促进运(yun)动员(yuan)的训(xun)练(lian),助力科技冬奥在训(xun)练(lian)技术方面的提升,为冬奥会做出我(wo)们(men)的贡献(xian)。”刘向东说。

精确到肌肉的智能训练管理系统

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宇(yu)航学院(yuan)运动与(yu)细胞(bao)力学课题组(zu)在吉林北(bei)大壶越野滑(hua)雪训练场(chang)开展测试工作(zuo)

高山滑(hua)雪(xue)如(ru)何(he)快速(su)绕过(guo)旗(qi)门?越野滑(hua)雪(xue)用(yong)什(shen)么姿态最(zui)省力?跳台(tai)滑(hua)雪(xue)用(yong)何(he)种(zhong)姿势起跳最(zui)好(hao)?速(su)度(du)滑(hua)冰(bing)如(ru)何(he)训(xun)练过(guo)弯道技术(shu)?北理工宇航(hang)学院(yuan)霍波教授带领的人体运(yun)动力学团队针对高山滑(hua)雪(xue)、越野滑(hua)雪(xue)、跳台(tai)滑(hua)雪(xue)、速(su)度(du)滑(hua)冰(bing)等4类冬(dong)季运(yun)动项(xiang)目,基于三维动作捕捉和自动识别技术(shu)、空气动力学实验(yan)和模拟技术(shu)、生理传感器技术(shu)、肌骨动力学分(fen)析技术(shu),研发了“冬(dong)季项(xiang)目智能训(xun)练管(guan)理系统(tong)”,为运(yun)动员(yuan)提(ti)供(gong)个性化、智能化训(xun)练方(fang)案。

“跳(tiao)(tiao)台滑(hua)雪运(yun)动(dong)(dong)员在(zai)起跳(tiao)(tiao)阶段前的(de)助滑(hua)阶段应尽(jin)量(liang)减(jian)低身体重(zhong)心以减(jian)少(shao)空气(qi)阻力,同(tong)(tong)时(shi)应适(shi)当(dang)伸膝(xi)以提高离台后肢体的(de)伸展(zhan)程(cheng)度。在(zai)起跳(tiao)(tiao)过程(cheng)中(zhong)膝(xi)关(guan)节应尽(jin)可能蹬伸,同(tong)(tong)时(shi)适(shi)当(dang)降低髋关(guan)节的(de)伸展(zhan)速(su)度,减(jian)少(shao)躯干(gan)的(de)风阻。在(zai)日常的(de)体能训练(lian)中(zhong),运(yun)动(dong)(dong)员应注意(yi)在(zai)提升(sheng)下肢爆发力的(de)同(tong)(tong)时(shi)避免膝(xi)关(guan)节过度外翻,提升(sheng)蹬伸力量(liang)及(ji)传递效率。” 这是(shi)该团(tuan)队为国(guo)家跳(tiao)(tiao)台滑(hua)雪队运(yun)动(dong)(dong)员出(chu)具的(de)一(yi)份智能化运(yun)动(dong)(dong)管理(li)建议。

“这套(tao)系统可以实时采集不同运动(dong)项目下运动(dong)员在进行各种专项动(dong)作(zuo)时的三维姿态参数(shu),以及该动(dong)作(zuo)下所产(chan)生的地面反(fan)作(zuo)用力(li)(li)、空(kong)气阻力(li)(li)等,形(xing)成该运动(dong)员的动(dong)力(li)(li)学(xue)数(shu)据库,从(cong)而(er)用于后续的运动(dong)生物力(li)(li)学(xue)分析(xi)及训(xun)练(lian)方案的制订。”团队(dui)负责人(ren)霍波(bo)介绍道。

除采集运(yun)动(dong)员动(dong)力(li)(li)学(xue)数据外(wai),该团队研发(fa)的(de)(de)“生(sheng)理(li)参(can)数监测与运(yun)动(dong)生(sheng)物(wu)力(li)(li)学(xue)分(fen)析(xi)(xi)训练(lian)系统”由于使用了无线传输的(de)(de)肌电传感器,能(neng)(neng)够实(shi)现实(shi)时(shi)的(de)(de)生(sheng)理(li)体征检测,通过采集各种(zhong)专项动(dong)作下运(yun)动(dong)员的(de)(de)肌肉活性等(deng)生(sheng)理(li)参(can)数,建立骨骼肌肉系统的(de)(de)生(sheng)物(wu)力(li)(li)学(xue)模(mo)型(xing),对运(yun)动(dong)员的(de)(de)运(yun)动(dong)能(neng)(neng)力(li)(li)进(jin)行分(fen)析(xi)(xi)和(he)评估(gu)。

2021年(nian)1月8日(ri)至3月24日(ri),霍(huo)波教授带(dai)领团队(dui)7名师生抵达延庆(qing)赛场,开启了(le)冬奥会(hui)测试赛雪(xue)车雪(xue)橇队(dui)的(de)(de)跟队(dui)技术服务。团队(dui)针对国家(jia)雪(xue)车队(dui)、国家(jia)钢架雪(xue)车队(dui)的(de)(de)技术需求(qiu)和项目(mu)特点,围绕日(ri)常训练和测试赛过程(cheng)中运动(dong)员(yuan)在(zai)出(chu)发段、弯道段的(de)(de)运动(dong)表(biao)现进行了(le)测试和分析。

“今年团(tuan)队成员们和国家(jia)队一起度过了一个(ge)特殊的春节(jie),虽然(ran)辛苦,但想到能为国家(jia)重大赛事做出(chu)贡献,还是感觉浑身充满了力量”。该团(tuan)队的博士生蒋量说。

为速度滑冰装上“瞬间加速器”

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速度滑冰国(guo)家队教(jiao)练(lian)组应用人体高速弹(dan)射装(zhuang)置(zhi)开展模拟训(xun)练(lian)

在速(su)度滑冰运动(dong)中,掌握弯道(dao)处的滑行(xing)技术是(shi)制(zhi)胜的关键(jian)。由(you)北(bei)理(li)工航天发射(she)技术团队研(yan)制(zhi)的“人体高速(su)弹射(she)装置”,可辅(fu)助速(su)度滑冰运动(dong)员的弯道(dao)滑行(xing)技术训练,实(shi)现(xian)了(le)加(jia)速(su)过(guo)程(cheng)的精准控制(zhi),填(tian)补了(le)该领域的国(guo)内(nei)空(kong)白。

课题(ti)主要完成人、北理工宇航学(xue)院教师(shi)郝继(ji)光介绍,过去运动(dong)(dong)员训(xun)练弯(wan)道(dao)技术往(wang)往(wang)是自己加(jia)速(su)入弯(wan),而加(jia)速(su)至高速(su)这一过程(cheng)很(hen)耗费体力,因此运动(dong)(dong)员通常在大型比赛前才开始大量(liang)开展(zhan)弯(wan)道(dao)技术训(xun)练。此外,每次加(jia)速(su)达到的速(su)度也和运动(dong)(dong)员体力状(zhuang)态有(you)很(hen)大关系,训(xun)练也不够(gou)精准。

“我们(men)希(xi)望用(yong)弹(dan)(dan)射(she)发(fa)射(she)的(de)(de)原理给(ji)运动员加速(su)(su),让(rang)他们(men)体验到‘世界级速(su)(su)度(du)’。”郝继光(guang)说,由于学校航天发(fa)射(she)技术(shu)专业中的(de)(de)弹(dan)(dan)射(she)发(fa)射(she)技术(shu)与此项目的(de)(de)需求具(ju)有很高(gao)的(de)(de)相似度(du),因此团队(dui)开始研制“人体高(gao)速(su)(su)弹(dan)(dan)射(she)装(zhuang)置”,希(xi)望用(yong)装(zhuang)置牵引(yin)带动运动员实现瞬间加速(su)(su)。

经过原(yuan)理(li)设计、样机设计、样机试制(zhi),以及大量(liang)的功能实验、配重(zhong)实验、人体实验等(deng)复(fu)杂流程,“人体高速(su)(su)(su)弹射装(zhuang)置”的首(shou)台(tai)装(zhuang)置于2019年4月(yue)研制(zhi)成功。这一装(zhuang)置可使速(su)(su)(su)度滑冰运动员(yuan)的滑离速(su)(su)(su)度最高达(da)每秒(miao)20米。在装(zhuang)置协助下,只(zhi)需(xu)几秒(miao)钟时间,一名速(su)(su)(su)度滑冰运动员(yuan)就(jiu)能从(cong)静止状(zhuang)态(tai)达(da)到指定速(su)(su)(su)度,调节姿态(tai)、入弯一气呵(he)成。

目前,国家速度滑冰队(dui)已应用(yong)“人体高(gao)速弹射装置”开展实际(ji)训练多次,并培训了多支队(dui)伍的操作(zuo)员。现在,利用(yong)这一(yi)装置开展弯道训练已成为国家队(dui)日(ri)常训练科目之(zhi)一(yi)。

实践证明,“人体高速弹射装置(zhi)”不仅可节(jie)省助滑、跳跃(yue)等专项技术动作三分之二(er)左右的训(xun)练时(shi)间,降低运动员的体力消(xiao)耗,还可实现(xian)加速过(guo)程的精准(zhun)控制,提升运动员的训(xun)练效率和效果。

除速(su)度滑(hua)冰外,针对跳(tiao)台滑(hua)雪的人体弹射(she)装置目前也已研制成(cheng)功(gong),不(bu)久后(hou)将安装应用,可使跳(tiao)台滑(hua)雪运动员的滑(hua)离速(su)度最高达到每秒30米,为(wei)冬奥运动员取得佳绩提供科技支撑(cheng)。

为北京冬奥打造“扛冻”的电动车

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孙逢春院士在极寒环境测(ce)试现场

“只(zhi)有冻透了(le),数据(ju)才(cai)有说(shuo)服力。”2020年1月19日凌晨4时(shi),北(bei)理工(gong)(gong)机械与(yu)车(che)辆(liang)学(xue)院(yuan)(yuan)教授、中国工(gong)(gong)程院(yuan)(yuan)院(yuan)(yuan)士孙(sun)逢(feng)春(chun)再一次(ci)亲自带(dai)队,在牙克石的冰湖上进行赛前最(zui)后一次(ci)面(mian)向冬(dong)奥国产(chan)新(xin)能源汽车(che)整车(che)技(ji)术(shu)极寒环境实地测(ce)试。为了(le)挑战极限(xian)条件(jian),孙(sun)逢(feng)春(chun)坚持(chi)提前把车(che)辆(liang)停在冰面(mian)上三天三夜,确保整车(che)冻透。

“北京2022年(nian)冬奥会相关区域要(yao)实(shi)现新(xin)能源汽车全覆盖,这(zhei)对纯电动汽车的整体性能提出了历(li)史性挑战。”孙逢(feng)春介绍,冬奥会雪(xue)上项目(mu)主办地张家口,冬季最低气温(wen)(wen)可达零下20摄氏度。“在(zai)冬季低温(wen)(wen)条件下,动力电池无法(fa)(fa)充放电、整车无法(fa)(fa)低温(wen)(wen)冷启动、采暖能耗(hao)高(gao),这(zhei)是纯电动车辆(liang)面临的世界(jie)性技(ji)术难题”。

“在没有(you)外(wai)援的(de)情况下(xia),全世界没有(you)一辆纯电(dian)动车(che)在近(jin)零下(xia)40摄(she)氏度(du)(du)环境下(xia)放(fang)置72小时后(hou),还能(neng)自己发动的(de)。”孙逢春说(shuo),“我(wo)们在2018年就(jiu)做到了。”2018年至2020年,团队先后(hou)3次(ci)到牙克石进行了新能(neng)源汽车(che)整车(che)关键(jian)技术(shu)的(de)极寒(han)测试(shi),最(zui)低(di)测试(shi)温度(du)(du)接近(jin)零下(xia)40摄(she)氏度(du)(du)。

“我(wo)(wo)们(men)的(de)(de)(de)(de)任务既包括(kuo)基础科研创(chuang)新,又(you)包括(kuo)工(gong)程(cheng)技术(shu)创(chuang)新,最后(hou)还要落实到成熟(shu)的(de)(de)(de)(de)车(che)辆产品上。”团队成员、北(bei)理工(gong)机械与(yu)车(che)辆学院(yuan)教授林(lin)程(cheng)介绍,2016年至2017年,团队度过了(le)“压力(li)山大”的(de)(de)(de)(de)两年,先(xian)是(shi)与(yu)一位美籍华裔学者合作解(jie)(jie)决了(le)电池(chi)的(de)(de)(de)(de)低温技术(shu)问题,与(yu)北(bei)汽新能(neng)源(yuan)、北(bei)汽福田合作解(jie)(jie)决了(le)整(zheng)车(che)技术(shu)问题,又(you)与(yu)湖(hu)南华强合作解(jie)(jie)决了(le)车(che)载(zai)空调问题。“冬奥会项(xiang)目对时间(jian)的(de)(de)(de)(de)要求(qiu)是(shi)不能(neng)动摇的(de)(de)(de)(de),我(wo)(wo)们(men)只能(neng)不断挖掘自己的(de)(de)(de)(de)潜能(neng)与(yu)创(chuang)造力(li)”。

低(di)温(wen)条件下(xia),新能(neng)源(yuan)汽(qi)车(che)的(de)(de)(de)(de)空(kong)(kong)调(diao)效率问题,是车(che)主们的(de)(de)(de)(de)普遍困扰(rao)。“这(zhei)对整个汽(qi)车(che)空(kong)(kong)调(diao)行业都是一个很大的(de)(de)(de)(de)挑(tiao)战。”团队(dui)成(cheng)员、湖南华强电气股(gu)份有限公司董事长(zhang)罗(luo)岳华说,“经过3年(nian)的(de)(de)(de)(de)技术攻关(guan),2020年(nian),团队(dui)实现了(le)在车(che)内零下(xia)30摄(she)氏度时,汽(qi)车(che)空(kong)(kong)调(diao)依然能(neng)够可靠运行。自此,新能(neng)源(yuan)汽(qi)车(che)空(kong)(kong)调(diao)将不再受低(di)温(wen)制约。

中(zhong)(zhong)国(guo)作为人(ren)口(kou)众(zhong)多、能源有限的发展中(zhong)(zhong)国(guo)家,纯电(dian)动客车(che)(che)有着广阔的市(shi)场需求。“拥有中(zhong)(zhong)国(guo)自主知识(shi)产权的新能源汽车(che)(che),不仅将有效服务‘绿(lv)色冬(dong)奥’,而且将彻底(di)解决东(dong)北、西北或高(gao)寒地带的新能源汽车(che)(che)推广应用(yong)问题,让中(zhong)(zhong)国(guo)的新能源汽车(che)(che)不再有禁(jin)区。”孙逢(feng)春说。


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