2002年，在美國鹽湖城，4名中國運動員第一次踏上了冬殘奧會賽場，這是中國體育代表團首次參加冬殘奧會。20年後，在北京2022年冬殘奧會上，共有96名中國殘奧運動員拿到了“入場券”，參與全部六個大項的競技。這是大陸參加冬殘奧會以來，代表團規模最大、運動員人數最多、參賽項目最全的一次。
而在這些曆史性突破的背後，大陸殘障人士冬季體育科研的進步功不可沒。打造“火眼金睛”追蹤運動軌迹提升訓練效果，通過合理膳食提升運動員競技狀态，“一人一策”為殘疾運動員定制個性化訓練方案……一批最新科研成果，為冬殘奧運動員在賽場上争金奪銀插上“隐形的翅膀”。
“火眼金睛”助力排兵布陣
位于順義區的國家殘障人士冰上運動比賽訓練館内，12名殘奧冰球運動員正在進行訓練，他們自如地控制冰橇，靈活地左右移動冰球杆，激烈碰撞、快速傳球、精準射門……在激烈的冰球比賽背後，一雙“火眼金睛”為中國殘奧冰球隊備戰北京冬殘奧會立下“汗馬功勞”。
這雙“火眼金睛”全稱叫“智能運動感覺技術與輔助訓練系統”，是由北京交通大學國家軌道交通安全評估研究中心副研究員劉思平牽頭負責、北京冰鋒科技有限責任公司實施研發的“科技冬奧”重點項目。該系統可利用複雜環境下高速滑行精準軌迹追蹤，為殘奧冰球、高山滑雪、速度滑冰等項目的日常訓練“出謀劃策”。
“我們研發出了一套高速滑行精準定位算法，對運動員的整個運動過程進行複盤。”劉思平介紹，該項目針對冰球運動高速滑行等特點，對每位運動員進行每秒100次的定位監測，精度可達5至10厘米。“這意味着每名運動員的實時位置、運動軌迹等資料都能被高效、迅速地擷取，以輔助教練員進行更好地‘排兵布陣’。”
參加殘奧冰球項目的均是下肢殘疾的運動員，在比賽中，他們用冰橇代替冰鞋，坐在冰橇上的特制座椅上做出擊打冰球等動作。團隊還針對其運動特性對智能系統進行了專屬設計，“日常訓練中，每位運動員都會佩戴一枚‘智能标簽’，通過超寬帶技術與場館内安裝的定位基站實時通信，以追蹤和采集運動員的軌迹。”劉思平揭秘。
“智能運動感覺技術與輔助訓練系統”服務中國殘奧冰球隊。
擡起頭，四根天線懸置于場館穹頂四方，連接配接着幾個“黑匣子”似的定位基站。“光是安裝基站就費了大功夫，團隊成員要背着各種工具爬上約15米高的房頂，用線、支架等把定位基站吊裝在屋頂的馬道上。”劉思平解釋，如此大費周章是為了給教練員更快更好地“交作業”——定位基站要裝在高處才能有效接收智能标簽發出的信号，科研團隊再以最快速度将準确資料生成訓練報告，輔助教練員優化競訓方案。
智能标簽的固定位置也有講究——雪車雪橇項目的标簽固定在車上，速度滑冰項目的标簽系在運動員腳踝上，冰球項目使用的則是頭盔定位标簽。團隊根據不同運動項目設計了腕帶定位、頭盔定位、雪車專用定位等多種形态的标簽，以滿足冬季項目的不同應用場景。
由于殘奧冰球項目以坐姿進行比賽，運動員全身距冰面較近，定位信号容易受到冰面和冰橇影響，是以團隊選擇在位于“最高處”的頭盔上固定标簽。北京冰鋒科技項目負責人李漩解釋：“這意味着冰球賽場上的12名運動員即便處于互相遮擋、一片混戰的情況下，定位信号也可以不受阻礙地發送出去。”
除了精準定位功能，這套智能運動感覺系統還能針對不同項目所關注的資料進行重點監測。“在高山滑雪項目中，運動員通過旗門時的資料是影響比賽結果的關鍵。”李漩說，系統會采集高山滑雪運動員的速度、距離、角度等資料，并綜合繪制成運動曲線。“教練員可以通過資料發現運動員某次訓練結果不佳的原因，比如在通過某個旗門時角度和距離過大，導緻了過多的速度損失。這就幫助運動員精準地找到了問題，并提出改進方案。”
提到高山滑雪項目的資料采集，李漩皺了下眉頭，用“不容易”三個字形容。山上信号不好，必須在高處架設定位基站，信号才能被接收到。“沒辦法，我們隻能用最‘原始’的方法——爬樹，把定位基站捆在樹枝上。”李漩說，科研人員爬上約五米高的大樹，小心翼翼地将基站用線和膠帶捆紮在樹枝上，還要用網線把各個基站連接配接在一起。
“去年冬天最冷的時候，山上氣溫零下三十攝氏度，電腦在室外沒幾分鐘就黑屏了，無人機也都迫降‘罷工’了。”李漩回憶，那段日子，團隊每天要徒步往返駐地和半山腰的測試點，安裝基站、測試信号、分析資料……“手腳失去知覺是常事兒。不過當時大家都沒太感覺出來，心思全在‘捕捉’運動員通過旗門時的關鍵資料上。”
在本屆冬殘奧會的賽場上，“火眼金睛”的實力正在被檢驗。“在前期訓練中，我們的系統得到了教練團隊的認可，相信運動員們可以借助它發揮出最好的水準。”李漩說。
“健康管家”養胃又懂腦
高山、冰面、雪場……冬季運動項目的訓練和比賽場地多處于低氣溫或高海拔的條件下，運動員除了需要具備過硬的運動實力外，擁有健康的生活習慣也是制勝的法寶。首都體育學院副教授黃興及其團隊化身養胃懂腦的“健康管家”，從訓練和膳食兩方面攻關，為冬殘奧越野滑雪、輪椅冰壺等團隊制定“健康計劃”和“營養菜單”。
“均衡膳食會為運動員插上一雙隐形的翅膀。”黃興說，特别是對于殘疾運動員來說，健康良好的飲食和生活習慣對競技成績的提升和心态的調整至關重要。由該校科研團隊負責的“冬殘奧越野滑雪、冬季兩項與輪椅冰壺項目運動員身體機能特征、專項體能及心理訓練的關鍵技術”項目，已連續三年為輪椅冰壺國家隊開展科技攻關服務工作。
通過長期跟蹤監測，團隊發現，由于輪椅冰壺項目運動員常年坐輪椅，經常會出現便秘的情況，既影響訓練，也不利于身體健康。“長時間保持坐姿，會導緻胃腸蠕動減緩、代謝減慢，超重的問題也很常見。”通過營養配比，黃興對運動員餐食的膳食纖維和食物來源進行調整。
“我們會教運動員一些相對有趣且易懂的小訣竅，幫助他們改變固有的飲食習慣。”黃興舉例，為了讓輪椅冰壺運動員增加對新鮮蔬菜和水果的攝入，建議每餐食物的顔色不少于5種。“我們還會建議食堂後廚增加一些粗糧主食，如糙米飯、蕃薯、玉米等，提高膳食纖維的攝入，改善便秘等問題。”
補鈣也是輪椅冰壺運動員的一項重要任務。“由于他們長期在沒有陽光的室内訓練，冰上環境相對陰冷，運動員的肢體容易因缺鈣而抽筋，影響訓練。”黃興在營養講座上向運動員科普人體所需的營養物質知識，建議他們通過膳食增加鈣的攝入，并常曬太陽。
牙龈出血了，就把炒菜換成清熱去火的涼菜；賽前感到焦慮，晚餐多吃些助眠食物，然後舒服地睡一覺；長時間高強度訓練後，把含電解質的運動飲料“安排”上……黃興團隊根據每位運動員在各個階段的不同情況給出個性化營養建議。令她欣慰的是，運動員在體能、心态、健康等方面都有了不同程度的改觀。
在冬季運動中，“補液”問題容易被忽略。“長時間高強度運動後，要補充含鈉離子等電解質的運動飲料，避免大量喝白水。”黃興說，通過身體監測，團隊發現運動員在高海拔地區的液體流失是在平原的3至4倍。“這意味着，要加大對高山滑雪等項目運動員的科學補液，每日須達到1.2升至1.7升。”
喝水與運動的時間關系也有講究：少于半小時的運動無需補液；運動持續一小時左右，需要少量多次補水；當運動時間超過60分鐘，就得喝含有糖和電解質的運動飲料。“經常聽到運動員感歎：‘原來喝水還有這麼多門道’！”黃興說，科學有效的補液不僅能幫助運動員緩解疲勞、增加耐力，還能加速身體的新陳代謝，提高運動能力。
“我一直堅信，合理膳食是良醫，通過科學飲食促進競技能力提升是一件很酷的事。”黃興說，自己的父親是一名醫生，常跟她聊起一些典型病症。是以，她能對疾病帶來的痛苦感同身受。在她看來，從事體育科研工作，通過營養監測等方法讓運動更加科學健康，是一項重要的使命。
黃興（右一）面向運動員開展營養講座。
除了營養管家，黃興團隊還有一個身份——疲勞檢測師。“冰壺項目又被稱為‘冰上象棋’，是腦力和體力的雙重比拼。”黃興說，尤其是對殘疾運動員來說，需要克服比健全人更多的困難。“競訓後，有的運動員感到很累，有的會說‘我可以，沒問題’。到底還要不要繼續訓練？資料來說話。”團隊成員孟思宇說。
團隊基于“中樞疲勞檢測系統”，敏銳精确地判斷運動員是否處于疲勞狀态，是否需要休息，“讀懂”運動員的大腦。“這不僅能夠幫助教練員科學地安排訓練時間、制定訓練計劃，還可以調整和優化運動員的身體機能，有利于身體健康。”
“一人一策”定制訓練方案
“咱們國家的殘障人士冰雪運動，底子确實薄了些。”作為既承擔過殘障人士輔助器具研究，又有運動科學項目科研經驗的專家，清華大學智能與生物機械研究室主任季林紅坦承，雖然大陸的體育科技近年來取得了迅猛發展，但絕大多數研究都聚焦于健全人的體育科學，與殘障人士冬季體育相關的研究方向，科研基礎薄弱。
選拔優秀運動員、制定科學的訓練方案、打造競技輔助器具……從2018年10月起，季林紅帶領科研團隊，承擔起國家重點研發計劃“科技冬奧”重點專項“冬殘奧運動員運動表現提升關鍵技術”的攻關任務，“計劃的目标和方向是明确的，至于推進過程中遇到的困難，我們就在做中學。”
在北京冬殘奧會賽場，季林紅教授為大陸冬殘奧會冬季兩項運動員開展裝備維護。
在集訓隊裡，每名殘疾運動員都十分珍惜這來之不易的機會，絕不吝惜訓練中的汗水。但不少殘疾運動員是“半路出家”，對人體結構、運動基本規律等問題缺乏科學認知，存在不良的訓練習慣，訓練後常常出現腰疼、背疼等不适。起初，科研團隊認為這是放松拉伸不足或醫療問題所緻，但經過詳細研究，季林紅發現，有肢體殘疾特别是單側截肢的運動員習慣單側發力，很容易出現核心肌肉力量不對稱。如果長時間得不到糾正，會導緻骨盆、肩胛不穩等二次損傷，甚至加重殘疾程度。
“這讓我們清醒地認識到，我們所承擔的任務和服務的對象究竟有多特殊。”季林紅團隊與國家體育總局體育科學研究所、上海體育學院等多家機關一道，以健全人及夏季殘奧會的體育科研成果為基礎，逐漸完善适合冬殘奧會運動員的科學訓練體系。
參與同一項目的健全運動員，日常訓練的體能、基礎項目等通常差別不大，但殘疾運動員即使同在一個項目，訓練方案也必須“一人一策”。“道理很簡單，你沒法讓一位左臂截肢的運動員做俯卧撐。”季林紅說，制定個性化訓練計劃，并配備合适的輔助器具，才能幫助殘疾運動員有效提升成績。
“科學化，首先是要量化。”季林紅說，在三年多的科研過程中，團隊建設起一套數字化監控系統平台，每日記錄運動員的生理參數、訓練強度、技術動作等資訊，建立起科學的資料模型，并據此調整訓練方案，讓運動員在發揮自身潛力的同時，避免疲勞甚至損傷的發生。
而輔助器具幾乎是每位殘疾運動員參賽的必需品。根據競技項目和殘疾程度的差異，運動員所需輔具的結構、用途也都不盡相同。比如越野滑雪時，下肢截肢的運動員通常選擇跪在滑雪架上，患有小兒麻痹的運動員則大多使用坐姿。由于姿态、發力方式等差異，每位運動員的雪架自然要進行個性化設計，大到雪架整體的材料、結構，小到一處踝關節、膝關節假肢接口的舒适度，每個細節都會直接影響到運動員的競技水準，都要根據運動力學的規律進行調整。
但任務緊迫，樣品反複生産疊代再進行實地測試，在時間上不允許。于是，滑雪過程的訓練、測試被“搬”到了室内，團隊建立起監測滑雪運動員運杆、滑行過程發力和動作姿态的試驗系統。運用航空母艦上飛機起飛所用的彈射技術，運動員用力滑出後，裝有傳感器的雪闆快速歸位，在原地即可實作“滑行”，真實模拟運動員在雪場的運杆動作和身體姿态。通過傳感器，訓練系統能實時監測和記錄運杆的力度、角度，評判坐姿運動員的滑雪架參數與設計細節是否符合競技需求，動作、技能是否需進一步優化。
功夫不負有心人。3月6日，鄭鵬在北京冬殘奧會越野滑雪男子長距離（坐姿）比賽中奪冠，這是中國運動員在殘奧越野滑雪項目上獲得的首枚金牌。
“我們都希望在賽場上升起國旗、奏響國歌，但冬殘奧會更多是在精神層面，殘奧運動員展現的是超越身體障礙的風采。”季林紅說，科技的助力固然是競技體育的重要一環，但更關鍵的是運動員、教練員和保障團隊上下一心，汗水與技巧相容，才能實作成績的快速提升。科研人員并不是單方面地為殘疾運動員提供幫助，而是與他們共同前行。
有些截癱運動員腿部對冷的知覺不敏感，在冬季戶外競技中容易凍傷而不自知，團隊便針對性地開發出保暖護具，為運動員維持身體感覺，保持舒适恒定的溫度。單闆滑雪項目速度快，截肢運動員需裝配滑雪假肢實作靈活自如的動作和競技姿态，團隊設計出國内首款滿足單闆滑雪運動需求的滑雪假肢，還研制出提升專項能力的多個訓練裝置，綜合提升截肢運動員的競技成績。
季林紅表示，在為殘疾運動員提供科技服務時，必須要聚焦他們的實際困難和需求，“比如單側肢體缺失導緻的發力不對稱，對核心力量會産生負面影響，在此之前，或許殘障人士朋友自己都沒有意識到這是個問題。”“科技助殘”工作要形成為殘障人士服務的認知和設計理念，用科技更好地實作功能的代償，幫助殘障人士更好地融入社會。