运动员在国家体育总局田径馆的数字跑道上训练
沙坑前一条新铺的45米红色跑道，似乎与普通跑道没什么两样，但不同的是沙坑边的桌椅上排列着一排电脑。
只见一名运动员在跑道上助跑、起跳……
动作完成后，运动员立刻就从旁边的电脑里知道了自己刚才的步长、步频、速度等关键技术参数。教练员再调出数据库里该运动员最佳完成动作的数据，向他指出刚才哪一个环节出了毛病。这时，心里已经有了数的他再次回到跑道上，开始重复训练……这一切，就像变魔术一样的神奇。
这是最近发生在国家体育总局田径训练馆里的一个场面。
秘密，就在这条红色跑道之中。由中科院合肥智能机械研究所自主研发、具完全自主知识产权的“数字跑道”，正在国家队的跳远等数个田径项目中得到实际的应用。
纸一样的传感器
课题负责人、智能所传感技术研究中心主任孙怡宁教授告诉记者，在科技部“奥运攻关”计划和中科院“科技奥运专项”的资助下，经过三年的研究，他们才研制出这套专门为国家队备战奥运的“秘密武器”。
据介绍，数字跑道的核心技术是通过一个全称叫做“柔性阵列压力传感器”的设备，来监测田径运动员的足底压力分布，从而获取脚底与跑道或鞋底接触的形状、时间、蹬地力和支撑力等信息，测算出运动员的步长、步频、动作时序等技术参数。
柔性阵列压力传感器这个元件听上去复杂，其实实物就像一张厚纸一样，可以任意按压弯曲。而对接触物形状自适应的特性，也就是叫它“柔性”的来历。
具体说来，传感器是由上下两层聚酯薄膜组成，中间在阵列与行列方向上，分布着一些导体，两根不同方向的导体相交的点上，装有传感器单元。它的工作原理就是，当运动员踩在跑道上时，由于受力情况不同，两层薄膜的接触面积发生改变，从而引发其中的电阻大小发生改变。传感器再将这些变化的数据传输到与之相连的电脑里，再经过专门软件的分析，就可以得出运动员在训练中的各项参数，结合运动项目的基本规律和训练专家的知识与经验，还能知道此次完成动作的质量好坏。
传感器“生”得如此“较弱”，而运动员那么大的力踩上去，踩的多了会不会容易坏？对于记者这个疑问，孙怡宁笑着说:“没问题！”他说，传感器表面单位面积可接受百万次的冲击，就按100万次计算，如果运动员每天在上面踩1000次，那也能用将近30年，更何况跳远运动员还不可能每天训练1000遍。
夹心饼干构造
孙怡宁介绍说，数字跑道的具体构造，就像夹心饼干一样，下面是跑道基层，中间是传感器，上面再铺一层塑胶跑道。跑道宽122厘米，中间80厘米宽的部分铺有传感器。运动员在上面训练时，就跟在普通跑道的体验一样，不会有什么异样的感觉。
为得到跳远运动员训练时更多的数据，除了在跑道上分布有传感器外，在起跳板的下面，还铺设了三维测力平台，以收集运动员在起跳时的速度、加速度、地面反作用力等信息。
这样一个具有高科技含量的跑道，在施工时遇到了困难。根据设计，在原有跑道上另加上数字跑道，但这样，跑道就很难固定住。运动员原本力气就大，一踩上去跑起来，跑道就歪了，测出来的数据也不准。后来想出一个办法，就是挖出一个跑道的地基来，将数字跑道“嵌”进去，与地面融为一体。
此外，由于传感器对地面平整度、柔软度特别是场地干净程度的要求都很高，一点点的沙粒附着在表面都会影响数据采集的精准度。所以，施工者不仅要在传感器下先铺一层沥青，而且在安装传感器时，往往由于一点点沙粒，就要返工重做。
实时纠错机
使用数字跑道的好处是显然的。此前，我国田径项目的训练中多采用的是高速影像分析技术，即采用照相机或者摄像机采集运动员的训练信息，然后再在电脑里对这些照片和录像进行分析。这种做法固然有效，但存在两大缺陷，一是电脑分析的工作量巨大，二是由此带来的信息滞后，教练员不可能在运动员训练的同时就得出当即完成动作的技术参数，从而对其进行最即时的纠正和指导。
在数字跑道投入使用以后，国家体育总局田径运动管理中心主任罗超毅满怀信心地说:“虽然这样的数字跑道在国家队还是首次应用，效果到底如何仍需实践来检验，但我相信它会对跳远队的训练带来帮助。它能让运动员对自己每一次的技术动作的完成情况达到心中有数，有不足马上可以进行改正，刘翔以后也会用上这样的跑道。”
参加了今年大阪世锦赛的中国跳远队员张晓一也表示:“在数字跑道上跳完之后，马上就可以知道自己在哪些环节上没有处理好，感觉它就像台纠错机，我已经迫不及待地想在它上面训练了。”
竞走的秘密武器
2000年雅典奥运会女子20公里竞走比赛中，排在我国选手王丽萍前面的3名选手由于犯规而相继被罚下场，从而使她幸运的拿到了这枚金牌。
实际上，在竞走项目中，因“双脚腾空”而犯规是一个极为常见的现象。我国在女子竞走项目上具有一定的优势，但在很多国际大赛上，我国选手往往在处于领先地位的时候因犯规而被罚下，不禁令人扼腕。
而数字跑鞋的出现，则将极有可能成为这一局面的终结者。与数字跑道一样利用传感技术制成的数字跑鞋，可在长跑类项目中发挥出巨大作用。
为了说清楚这个问题，首先有必要了解一下什么是“双脚腾空”。对此，北京体育大学的金季春教授向记者解释说，根据竞走规则要求，运动员必须始终保持有一只脚落在地面上。但是，运动员为了走的更快，必须缩短双脚支撑时间，这样就有可能双脚同时离地造成犯规，而这种犯规靠肉眼来观察是很困难的。因为在慢动作镜头中，谁的脚步都腾空。同时，运动员的“双脚腾空”犯规也有一定的规律性:一般都是在比赛的后半程，体力下降、身体松懈时容易发生动作走形，从而犯规。
而穿上数字跑鞋之后，运动员的步伐、步频、节奏便都实时的反映到教练员的腕表上去，使教练在运动员训练中就能对其进行实时的纠正。哪一步迈的不对，犯规是怎么造成的，都精确的体现出来，一目了然，有助于运动员的技术定形。此外，对研究运动员的最佳体力分配也有巨大的指导意义。
鞋底磨损泄“天机”
金季春向记者展示了一双“数字跑鞋”，猛地看上去，与商场里卖的普通运动鞋没有区别，但仔细观察一番，发现两只鞋的外侧，各伸出来一个像U盘接口一样的东西。据孙怡宁介绍，这叫信号采集器，是用来采集传感器的信息分析后向运动员的特制腕表发送信号的装置。而传感器呢，就藏在鞋底与鞋垫之间。运动员在训练时的技术数据，首先由鞋底发送到手腕上的腕表上，教练员再在自己的手持终端上进行查询，接收来自腕表发送过来的信息。
孙怡宁的学生杨学军向记者解释说，由于运动员脚底的着力点都各不相同，传感器节点如何分布，来捕捉运动员脚底几个关键点的信息就成了制作数字跑鞋的最大困难。对此，研究人员想出了一个“捷径”——研究竞走国家队几乎所有的运动员旧鞋鞋底的磨损情况。通过鞋底磨损，就可以很轻松的掌握绝大部分运动员的脚底着力点信息，藉此再来决定数字跑鞋传感器的节点分布。
目前，由中科院合肥智能机械研究所研制的数字跑道和数字跑鞋都已在国家队跑跳、竞走、马拉松等项目的奥运备战日常训练中发挥重要作用，系统测试分析功能和实时反馈结果得到教练员运动员的充分肯定，为此，国家田径运动管理中心还专门向智能所发去感谢信，感谢该所对田径项目奥运备战所作出的贡献。
孙怡宁最后表示，数字跑道与跑鞋，不仅仅是一个世界首创的训练仪器或系统，实际上可以看作是一个研究人体工程的科技平台，不仅可用于田径运动的大多数项目的训练信息采集，也可以用在诸如跆拳道、拳击、武术、乒羽运动员步伐和灵敏性训练，体操落地稳定性研究以及其它需要测试跑步速度、步态模式特征等场合。既可用于实时训练，又可在人机工程科学研究和体育教学中发挥巨大作用。
|
作者：
钱炜
编辑：
王肖楠
|