杜涉

在全球疫情防控常態(tài)化的背景下，“防疫”是冬奧會主辦方工作的重中之重。

新型冠狀病毒（簡稱新冠病毒）的傳播途徑主要為直接傳播、氣溶膠傳播和接觸傳播。氣溶膠傳播是指飛沫混合在空氣中形成氣溶膠，吸入后導(dǎo)致感染，氣溶膠的傳播距離較遠，能達到數(shù)十米至數(shù)百米，遠遠超過飛沫的傳播距離。

為了防止新冠病毒通過氣溶膠傳播，冬奧會期間，接待各國運動員代表隊的酒店、比賽場所均安裝了氣溶膠新冠病毒監(jiān)測系統(tǒng)。該系統(tǒng)通過生物氣溶膠采樣器可采集空氣中的新冠病毒顆粒，并將病毒顆粒放入核酸分析儀，從而實現(xiàn)自動核酸提取、檢測，并出具檢測報告。僅需30分鐘，就可完成采集和新冠病毒高靈敏檢測。氣溶膠新冠病毒監(jiān)測系統(tǒng)啟動后，將全面監(jiān)控場館、酒店的空氣中是否含有新冠病毒。

除了病毒監(jiān)控系統(tǒng)，比賽場館內(nèi)的空調(diào)中還安裝了病原體空氣消殺系統(tǒng)，布設(shè)消毒機器人，利用無人化手段實現(xiàn)冬奧場館、酒店的自動消殺。除了傳統(tǒng)的消毒方式，還有分子篩微納米催化過濾材料消毒、紫外線消毒、等離子消毒等措施，將分別應(yīng)用于循環(huán)冷卻水和水處理系統(tǒng)的消毒、空氣的消毒以及物體表面的消毒。

冬奧會延慶賽區(qū)場館的廚師、冷鏈物流人員、保安等接觸人員較多的重點監(jiān)測人群將采用一種新型測溫技術(shù)——智能測溫貼。該智能測溫貼是全球尺寸最小、測溫最精準的醫(yī)療級可穿戴式連續(xù)測溫設(shè)備。智能測溫貼通過前端智能體溫計搭配相關(guān)管理系統(tǒng)，可開展遠程、實時、全域性體溫檢測，能精準、快速鎖定體溫異常人群，提升管理效率，保障疫情防控工作。

2.運動員的服裝能自加熱，還能用手機調(diào)控溫度？

運動員長期處于低溫環(huán)境中，不僅影響運動能力，還可能造成凍傷。張家口崇禮區(qū)曾出現(xiàn)氣溫低至-40℃的極端天氣，許多堅持訓(xùn)練的運動員出現(xiàn)了不同程度的凍傷?！翱萍级瑠W”課題組的科研人員進行調(diào)研攻關(guān)，一套被稱為“堡壘”的綜合保暖系統(tǒng)應(yīng)運而生。穿上自加熱服裝，在氣溫-30℃的環(huán)境下可持續(xù)作業(yè)8小時以上，有效減少運動員在比賽候場及訓(xùn)練時的熱量損耗，讓運動員的訓(xùn)練不再因天氣而受到影響。

根據(jù)加熱方式的不同，加熱服裝可以分為電加熱服裝、太陽能加熱服裝、化學(xué)能加熱服裝、相變材料加熱服裝和溫度自適應(yīng)加熱服裝等。不過，無論是利用太陽光蓄熱材料吸收太陽輻射，還是通過化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生熱量或相變材料儲能來進行保暖，都存在適用范圍小、溫度不可控等缺陷?？蒲腥藛T為冬奧會運動員提供的自加熱裝備采用了電加熱技術(shù)。課題組在保暖手套和保暖面罩中集成了電加熱片，通過控制器將其與鋰電池連接。例如，手套所配備的鋰電池容量為3300毫安，重量大約100克，充電一次，可以持續(xù)加熱近5小時。電池體積小、質(zhì)量輕，可放入手套和面罩的電池袋中，即便運動員進行高速、劇烈的運動，也不會影響穿戴的舒適性。

自發(fā)熱服裝最具挑戰(zhàn)性的技術(shù)難點是研發(fā)電加熱片的材料。在基于碳紙的柔性加熱織物、基于導(dǎo)電紗線的刺繡加熱織物和基于鍍銀紗線的一體成型加熱服裝等方面，課題組均實現(xiàn)了技術(shù)突破。例如，基于碳紙的柔性加熱織物是將厚度僅50微米的導(dǎo)電碳紙封裝到兩片織物間，可以提高加熱織物的強度和耐水洗性，通過調(diào)節(jié)碳紙的形狀和連接方式，可以實現(xiàn)不同功率密度的加熱織物。一般來說，加熱織物的功率密度越大，其加熱能力越強，升溫速率越快，能更好地調(diào)節(jié)服裝內(nèi)部溫度。

科研人員還為加熱織物配置了加熱控溫模塊和溫度控制應(yīng)用程序（App），這種加熱織物可集成到服裝中，同時支持手動按鍵控制與App智能控制。運動員可通過手機App或手動按鍵控制隨意調(diào)節(jié)加熱服裝的溫度，以便適應(yīng)氣溫、體溫的變化。

競技比賽中，往往失之毫厘，差之千里，百分之一秒的差距就能決定比賽勝負。與夏季奧運會相比，很多冬奧會的比賽項目速度更快。比如，男子500米速度滑冰的世界紀錄為34.03秒，約合52.89千米每小時；男子100米短跑的世界紀錄為9.58秒，約合37.58千米每小時。對速度更快的比賽項目而言，比賽服裝影響更大。讓冬奧會“戰(zhàn)衣”在“提速”上更上一層樓，科研團隊煞費苦心。

冬奧會“戰(zhàn)衣”的研發(fā)團隊為了更好地實現(xiàn)“量體裁衣，減阻提速”的目標，采用了人體數(shù)字采集等新技術(shù)，通過傳感器跟蹤運動員的運動過程，捕捉其運動信息，將追蹤到的三維曲面生成時裝版型。利用“服裝三維立體版型數(shù)字化采集裝置”“體掃描姿態(tài)穩(wěn)定輔助裝置”等最新專利技術(shù)，可自動生成服裝版型的設(shè)計，滿足比賽中高速運動的需要。

速度滑冰運動員一般穿著緊身連體運動裝，服裝表面看似光滑，其實采用了一種有肌理的凹坑結(jié)構(gòu)面料，能有效減小阻力。研發(fā)團隊在全球范圍內(nèi)搜集和測試了150多種面料的基礎(chǔ)性能，但未能找到最滿意的面料。最終研發(fā)團隊自主設(shè)計減阻結(jié)構(gòu)，研發(fā)出最新減阻面料。每件運動服都是根據(jù)運動員的身材量身定制，不僅貼合中國運動員體型，還會根據(jù)其技戰(zhàn)術(shù)特點進行最終設(shè)計。研發(fā)團隊還利用流體動力學(xué)仿真技術(shù)，構(gòu)建三維空氣動力模型，進行風(fēng)洞綜合驗證。與現(xiàn)役冬季項目比賽服相比，新款速度滑冰比賽服減阻率超過10%，逐步實現(xiàn)“最佳姿態(tài)+適度壓縮+最佳減阻結(jié)構(gòu)”。

在短道速滑比賽中，競爭非常激烈，運動員在碰撞中摔倒、被冰刀劃傷的事故并不鮮見。此次冬奧會短道速滑比賽服裝除了具備肌肉壓縮、減阻等功能，還采用了新型高彈防切割面料。研發(fā)團隊運用國內(nèi)專利技術(shù)，讓服裝材料由單向防切割升級為雙向防切割，不僅彈性極佳，而且防切割性能提高近30%。在高彈防切割比賽服的防護下，運動員可以在比賽中更加自信，全力以赴創(chuàng)造更好的成績。

在高山滑雪比賽中，運動員的速度可達130千米每小時，即使無風(fēng)也如在大風(fēng)中穿行。在高速運動中，運動員還要完成高難度的轉(zhuǎn)彎、穿越旗門等動作，肩、大腿、肋部的軟組織極易受傷，所以要求服裝具備較好的防護功能。研發(fā)團隊采用新型柱狀陣列式抗沖擊結(jié)構(gòu)和新型吸能緩震材料，研發(fā)出墊片、護片、背夾等護具，以減少運動員穿越旗門時抽打的痛感以及意外造成的身體傷害。

在高山滑雪比賽項目中，當天氣溫、風(fēng)速等天氣和自然環(huán)境變化會對運動員的比賽成績造成影響。根據(jù)規(guī)定，正式比賽之前每支隊伍只有一天時間在賽道上測試。時間太短，運動員難以快速熟悉比賽場地，很難在陌生環(huán)境中發(fā)揮出最高水平。

科研團隊為了解決這一問題，通過“機器人技術(shù)+虛擬現(xiàn)實技術(shù)+物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)+人工智能技術(shù)”，將虛擬現(xiàn)實（VR）滑雪體驗系統(tǒng)與動態(tài)環(huán)境參數(shù)監(jiān)測系統(tǒng)融為一體。戴上眼鏡，拿起手柄，雙眼緊盯屏幕，雙臂快速擺動……就可進入滑雪體驗系統(tǒng)。畫面中的自然景觀及耳邊的風(fēng)雪音效，令人仿佛瞬間置身于真實的滑雪場地。該系統(tǒng)可實時采集滑雪賽場的自然環(huán)境數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)輸入滑雪體驗系統(tǒng)，建立信息多源實時采集與顯示系統(tǒng)，利用VR重建滑雪場景信息并顯示出來。運動員可利用該系統(tǒng)提前進行仿真訓(xùn)練，體驗滑雪場地的地理風(fēng)貌，體驗賽道狀況，改善臨場發(fā)揮水平。教練團隊可以利用該系統(tǒng)糾正運動員的訓(xùn)練動作，提高訓(xùn)練效率。

該系統(tǒng)還可用于春、夏、秋季運動員的滑雪訓(xùn)練及滑雪愛好者的室內(nèi)仿真滑雪體驗。對滑雪感興趣的初學(xué)者可利用該系統(tǒng)體驗高山滑雪、自由式滑雪等滑雪項目。針對亞健康者、殘障人士以及老年人，研發(fā)團隊還研制了可穿戴外骨骼機器裝置，為容易出現(xiàn)肌肉疲勞或者進行長時間體驗的滑雪愛好者提供幫助。

冰球是同場集體性球類項目中對抗最激烈的比賽項目，攻防之間經(jīng)常轉(zhuǎn)換，運動員要在幾分鐘內(nèi)完成超負荷的激烈對抗，在對抗中受傷時有發(fā)生。在如此激烈的比賽過程中，現(xiàn)場僅配備醫(yī)生和急救箱遠遠不夠。

北京冬奧會的冰球場館內(nèi)配備了一輛特殊的大型廂式貨車，它就是“科技冬奧”的專項項目成果——冬奧會凍傷及頜面創(chuàng)傷移動式智能化診療平臺（簡稱“智能診療車”）。“智能診療車”由診室和CT室兩部分組成，配備CT機、凍傷面部數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、心電監(jiān)護儀、血液分析儀、智能心肺復(fù)蘇儀、便攜式呼吸機等設(shè)備，確保受傷人員能得到迅速、高效的醫(yī)療護理和緊急處置。“智能診療車”內(nèi)安裝了網(wǎng)絡(luò)平臺接口及人工智能軟件，能夠有效提高凍傷及頜面創(chuàng)傷現(xiàn)場診療的效率，實現(xiàn)科學(xué)快速的現(xiàn)場診治流程，同時可高效完成與醫(yī)院的信息對接，讓轉(zhuǎn)診過程暢通無阻。

比賽中，冰球運動員受到的損傷以頜面創(chuàng)傷為主。出現(xiàn)頜面創(chuàng)傷的運動員往往伴隨氣道的損傷，此時便攜式呼吸機就會派上用場。這種呼吸機雖然小巧，但性能上接近重癥監(jiān)護病房的呼吸機，可避免受傷者因缺氧造成機體損傷。當運動員出現(xiàn)皮膚破損等外傷時，“智能診療車”的血液分析儀可以完成血常規(guī)生化和血氣分析的檢測，確認運動員受傷后身體的變化。

CT有一定輻射性，如何減少輻射對醫(yī)護人員和傷員的傷害呢？原來，“智能診療車”中的設(shè)備是錐形束CT，它更輕便，輻射強度更低，車內(nèi)墻體也安裝了防輻射設(shè)施。在CT滿負荷運轉(zhuǎn)情況下，不僅車外的人員是安全的，車內(nèi)的人員只要在CT室門外也是安全的。

為了保證醫(yī)療信息快速傳遞，比賽現(xiàn)場的醫(yī)護人員都要佩戴一個遠程的診療記錄儀，記錄儀中有一張5G信號卡。醫(yī)護人員在入場救援時，可以通過該設(shè)備實時記錄診療過程的圖像和聲音。這些診療信息通過5G網(wǎng)絡(luò)傳遞到中控臺，中控臺的值守人員收到比賽現(xiàn)場醫(yī)生對傷員的診斷信息后，會第一時間聯(lián)系專家?guī)斐蓡T，同時“智能診療車”會根據(jù)診斷信息盡快做好救治準備。

對于運動員來說，未感到疲勞的訓(xùn)練對提高比賽成績是無效的，但是長時間、高負荷訓(xùn)練產(chǎn)生的疲勞積累又可能帶來傷病，同時也會影響訓(xùn)練效果。為了破解訓(xùn)練中的“疲勞困局”，冬奧會科技研發(fā)團隊設(shè)計制造了冬季項目運動員疲勞快速消除系統(tǒng)（簡稱疲勞快速消除系統(tǒng)）。

從外部看，疲勞快速消除系統(tǒng)是一個白色圓形艙，艙體線條柔和，高度接近普通成年人身高，要想進入艙內(nèi)，必須彎腰低頭。艙內(nèi)有一把長椅，還有迷你桌板和監(jiān)測儀器。系統(tǒng)由微壓補氧設(shè)備和經(jīng)顱脈沖電刺激儀組成，艙內(nèi)氣壓是1.3個標準大氣壓，能促進血液循環(huán)，人體吸收氧氣量隨之增加，可幫助運動員縮短恢復(fù)時間，提升疲勞恢復(fù)效果，提高運動成績。經(jīng)顱脈沖電刺激儀可刺激腦部神經(jīng)、外周神經(jīng)及肌肉，有利于改善運動員的大腦及神經(jīng)系統(tǒng)狀態(tài)。

經(jīng)過高強度訓(xùn)練或比賽之后，在疲勞快速消除系統(tǒng)的幫助下，筋疲力盡的運動員只需50分鐘就可以恢復(fù)體力，精神狀態(tài)也能回到運動前的水平。

張家口冬奧會場館區(qū)域海拔約2千米，是此次冬奧會三個賽區(qū)中海拔最高的區(qū)域。在每年二三月份，張家口高海拔地區(qū)最低溫度可能降至-30℃以下。在高山、低溫、冰凍、大風(fēng)的極端環(huán)境下如何保障網(wǎng)絡(luò)暢通？如何保障5G移動網(wǎng)絡(luò)不減速？

冬奧會通信技術(shù)團隊根據(jù)當?shù)丨h(huán)境為冬奧會相關(guān)區(qū)域提供了專門通信，加強移動網(wǎng)絡(luò)建設(shè)。張家口奧林匹克村所在的太子城區(qū)域?qū)崿F(xiàn)3G/4G/5G網(wǎng)絡(luò)完整覆蓋。在5G網(wǎng)絡(luò)上采用3.5G寬頻技術(shù)，下載速率可達1.7Gbps，是國內(nèi)通信網(wǎng)絡(luò)中最快的下載速度。

在覆蓋高速5G網(wǎng)絡(luò)的比賽場館中，多維度觀賽體驗和VR直播技術(shù)便可大展拳腳。例如，在北京五棵松體育中心，60個采用5G+8K技術(shù)的相機呈180度吊裝在競賽場館內(nèi)環(huán)形屏的下方，比賽開始后，便可對賽事進行全面拍攝?，F(xiàn)場觀眾只需掃描二維碼，下載應(yīng)用程序，就可以體驗180度自由視角觀賽和沉浸式直播，實時觀看自主選擇的比賽瞬間。

過去大家觀看的體育賽事直播畫面，是由導(dǎo)播人員在轉(zhuǎn)播車上對多路攝像機拍攝的畫面合成的一路信號，畫面由導(dǎo)播主導(dǎo)，觀賽人員無法自主選擇“看什么”。多維度觀賽體驗和VR直播技術(shù)則可讓觀眾通過手機、VR頭盔等設(shè)備實現(xiàn)自由視角和VR直播觀看，實現(xiàn)用戶自主交互式觀賽體驗，改變固定視角和被動式觀賽的傳統(tǒng)直播方式。該技術(shù)首次通過三維重建和渲染技術(shù)，實現(xiàn)了用戶交互式、連續(xù)自由視點視頻生成與傳輸，觀眾看得更清晰、更真實，能身臨其境地感受比賽。后續(xù)還將加入人物跟蹤技術(shù)，觀眾可以選擇心儀的運動員，跟蹤該運動員的畫面，一飽眼福。

在一些新聞節(jié)目中，畫面上會出現(xiàn)一位手語播報員為聽障人士服務(wù)，很好地滿足了聽障人士獲取新聞信息的需求。不過，在所有視頻節(jié)目中都安排手語播報員，顯然成本過高，無法實現(xiàn)。在此次冬奧會上，新聞播報員的身邊會出現(xiàn)一個手語播報數(shù)字人。手語播報數(shù)字人可根據(jù)收聽到的語音，自動實時生成手語手勢，幫助聽障人士輕松了解新聞信息。手語播報數(shù)字人為什么能聽懂新聞呢？原來，科研人員采用了目前最先進的人工智能技術(shù)。手語播報數(shù)字人以“悟道2.0”超大規(guī)模預(yù)訓(xùn)練模型為底層核心技術(shù)，可實現(xiàn)智能化的手語生成，達到信息無障礙效果，讓聽障人士也能輕松、高效地獲取比賽信息，體驗冬奧會的精彩。

一只長得像狗，卻有六條腿的機器人，可能是此次冬奧會上最“萌”的機器人。當“六腿小狗”第一次出現(xiàn)在冬奧科技展館中時，很多好奇的小朋友都興奮地趴在地上與它交流、玩耍。其實，憨厚可愛的“六腿小狗”并非玩具機器人，它在冬奧會上將肩負重任?！傲刃」贰钡拇竺菍?dǎo)盲六足機器人，是針對視障人士參與賽事活動的導(dǎo)盲需求而研發(fā)的機器人，可為冬奧會和冬殘奧會賽事活動中的視障人士提供引導(dǎo)。導(dǎo)盲六足機器人可通過語音、操控設(shè)備輸入等方式獲取目的地信息，通過精確導(dǎo)航定位進行路徑規(guī)劃，利用視覺和力覺融合進行行走穩(wěn)定控制，引導(dǎo)視障人士順利出行。