再過半個月，來自世界各地的運動員将齊聚2022北京冬奧會賽場，在冰雪世界裡大顯身手。在此之前，他們已經進行了成年累月的訓練，在專業教練的指導下，以汗水澆灌成功的花兒。
如何通過高科技手段為冬奧健兒的體育訓練賦能？
“AI教練”、滑雪機器人、冰雪健兒的第三隻眼……滬上高校正用科技助力運動員變身“冰雪精靈”！
“AI教練”指導運動員
長期從事人工智能、計算機視覺與智能感覺相關研究的複旦大學工程與應用技術研究院教授、智能機器人研究院常務副院長張立華教授，在運動員們舞動、旋轉的身影中，敏銳察覺了動作識别與檢測、運動分析與追蹤等AI技術應用的可能性。
張立華提出建議用人工智能技術提高冰上運動訓練水準。經過近兩年的努力，張立華團隊打造出智能冰上運動訓練分析系統。該系統采用基于人工智能計算機視覺算法對滑冰運動員的動作、姿态、速度等資訊進行智能分析對比，從定性、定量再到定制化分析每個運動員的特點，提高科學化訓練水準與效率，有效減輕教練員工作負荷，實作科學訓練、有效提升運動員訓練效果和競賽成績的目的。
“我們利用人工智能技術，可以分析冰上運動員的骨架、各關節的動作、姿勢，這叫運動目标的骨架節點識别和可視化。”張立華介紹。“短道速滑、速度滑冰的運動軌迹、姿勢一目了然，從定性的教練員的分析，變成定量的科學分析手段。”
以往專業教練總是目不轉睛地注視着運動員，如今智能冰上運動訓練分析系統卻讓高清攝像頭在場邊實時動态監督運動員，通過運動目标跟蹤與軌迹可視化，在監控螢幕上識别每位運動員身上的骨骼關鍵點以及運動軌迹，顯示出各類運動名額的統計資訊。
對于花樣滑冰而言，評判标準更多，智能冰上運動訓練分析系統通過三維骨架節點檢測與姿态估計，幫助運動員改善姿勢的規範度與美觀度。而運動目标3D模型可視化，則為花樣滑冰運動員旋轉計數這樣的技術分析提供了便捷，成為真正的“AI教練”。
滑雪機器人上線
靈活避讓障礙、身姿矯健通過旗門、人機互動并肩滑行……近日，由上海交通大學設計研發的六足滑雪機器人在沈陽完成了初級道、中級道以及與人共同滑雪實驗，通過了穩定控制、智能感覺、規劃決策等多方面的測試。
在這次測試中，滑雪機器人在400米長、坡度18度的中級雪道，以大于10m/s速度滑行，運用智能感覺、制動控制等技術，完成了機器人競速、轉彎、規劃路線、規避障礙以及人與機器人互動等試驗科目，除了身形靈活、姿勢優美外，它能通過無線遠端人機互動控制，在真實的滑雪環境中穿行滑雪人群，讓大家體驗和機器人一起滑雪的樂趣。
這款滑雪機器人是在“科技冬奧”的号召下，由上海交通大學高峰教授領銜，上海交通大學機械與動力工程學院和電子資訊與電氣工程學院組成的足式機器人研究團隊研制，獲得了科技部國家重點研發計劃“科技冬奧”重點專項支援。
據介紹，這款滑雪機器人是六足機器人，采用雙闆滑雪。中間的四條腿分成兩組，每兩條腿固定在一個滑雪闆上，用于控制滑雪闆的位置和姿态，兩側的兩條腿分别加裝了滑雪杖，用以模仿人，實作點杖的功能。每個滑雪闆具有五個自由度，通過控制滑雪闆的位姿可以實作滑雪的速度控制、轉彎和制動等功能。
研究團隊首先進行了機器人機構設計和驅動器設計制造方面的研究，并為機器人建立了“大腦”——智能系統。這個系統包括動态平衡穩定控制、智能感覺和智能規劃，通過設計智能和行為智能的有機融合，使得機器人能夠分析人的滑雪行為資料，模仿人的滑雪動作，适應戶外雪面的環境特性，實作了自主快速穩定地滑行。
滑雪機器人不僅是“科技冬奧”的直覺展現，而且以“人機共融”的理念為後冬奧時代提供了無限暢想。研究團隊表示，“冬奧會結束後，這款機器人還可以結合當下5G、無線網絡等先進技術，通過遠端控制，實作滑雪機器人同場競技，創造‘電-機-競’的全新娛樂模式，為滑雪愛好者和青少年創造科技感十足的娛樂新風尚。”
冰雪健兒的第三隻眼
劉宇是上海體育學院教授，也是國家重點研發計劃“科技冬奧”重點專項首席科學家。在張家口崇禮區的國家跳台滑雪中心“雪如意”，有一台小型貨車停靠在場邊，車身上印着“上海體育學院跳台滑雪生物力學重點實驗室”字樣。連續兩個冬天，劉宇帶領上體科研團隊在這個小小的“移動實驗室”裡，協助國家隊運動員完成了大量科研保障工作。
劉宇科研團隊成為教練員的“第三隻眼睛”。“打個比方，過去醫生診療靠經驗，現在是靠科技診療手段；教練員就像醫生，過去主要靠經驗訓練，現在我們提供更多科技手段，讓教練多了另外一個眼睛。”劉宇介紹，“實時回報三維動作捕捉，可以多角度為教練提供資料，把訓練環節量化。比如跳台滑雪選手的助滑速度、起跳角度、身體姿态、左右對稱等，過去依靠教練的經驗感覺，現在能提供精準量化的快速回報、技術診斷。這種科技助力，可幫助提高運動員成績。”
這是劉宇教授牽頭承擔的國家重點研發計劃“科技冬奧”重點專項“冬季項目運動員技能優化關鍵技術研究”，依托神經-生物力學增能技術，在國内首創自主研發的神經啟動可穿戴裝置及冬季項目運動員關鍵技術優化-評估-回報系統，實作了神經增能和訓練的同步開展，在國際同類技術中屬前沿行列。研發的高水準運動員動作優化分析系統提升自由式滑雪空中技巧項目動作成功率約15%。搭建的亞洲首套高速雙平面熒光透視成像系統及同步研發的便攜式光學六自由度關節功能分析系統，可為運動員現場提供精準損傷防護設計。
據了解，上海體育學院對接國家重大戰略需求，以承擔國家重點研發計劃“科技冬奧”專項為契機，堅持自主創新并善于吸收國際上的先進技術和訓練方法，研發完成跳台滑雪、高山滑雪、自由式滑雪空中技巧、U型場地技巧、速度滑冰等冬季項目訓練的動作優化輔助系統，新型訓練輔助裝備，提升了大陸冬季項目訓練科學化的水準。