为期17天的东京奥运会即将落下帷幕。

截至8月8日下午1点45分，东京奥运会落下帷幕，中国奥运代表团运动员取得38枚金牌、32枚银牌、18枚铜牌的优异成绩，位居全球金牌榜第二位。

除了乒乓球、跳水等传统优势项目外，今年中国奥运健儿在其他多个项目中连续突破世界纪录超出预期，取得惊人突破：苏炳添在东京奥运会100米半决赛中以9秒83的绝佳成绩成神，成功打破亚洲纪录，成为全球唯一晋级百米决赛的黄种人；而在女子4×200米自由泳接力决赛中，杨浚瑄、汤沐涵、张雨霏、李冰洁组成的阵容，以7分40秒33的成绩打破了澳大利亚队创造的世界纪录，夺得冠军。

2021 年东京奥运会奖牌榜

中国运动员取得的成绩和自身的努力密不可分，但在当今科技飞速发展的时代，各种高科技技术已悄然渗透到大型体育赛事中，成为运动员取得更大成功的坚强后盾。

历史上，科技强国总能依靠先进的科技装备帮助本国运动员取得优异成绩，这也为每届奥运会带来了亮点。例如，依靠能使运动员游泳速度提高3%至7.5%的鲨鱼皮泳衣，美国游泳队曾是游泳界的“常胜将军”。又如《每日邮报》指出，“超级鞋”专用跑鞋近年来让男性马拉松运动员的平均成绩提高了约2%。

如今，随着中国科技实力的增强，越来越多的科技也在助力中国运动员“更快、更高、更强”。比如航天九院成功将航空惯性技术嫁接到游泳训练中，精准捕捉运动员每一秒的姿态、呼吸；电影《西虹市首富》中的“陆行鸟”成为赛艇训练的秘密武器；为打破奥运纪录夺得金牌的举重运动员“军神”吕小军特别定制的“吨位鞋”……

另一个值得关注的趋势是，随着以人工智能为代表的计算技术的日趋成熟，它们很可能被应用到竞技体育中，特别是直接或间接涉及策略的项目。例如，足球豪门巴塞罗那队和Pixellot自2017年之前就开始合作，在训练中进行实时数据分析，以辅助执行特定的战术和动作。再如，在与硅谷公司SecondSpectrum的合作下，NBA球队金州勇士队在2014-2015赛季时隔40年再次夺得NBA总冠军。在今年的奥运会上，奥地利数学系博士后安娜·基森霍夫虽然是个人选手，却凭借精准的计算和计划出人意料地夺冠。未来，这样的技术很可能会有更广泛的应用。

科技与资本深刻影响着竞技体育，并且将继续如此。赛场上，不再只是各国运动员生理机能的比拼，而是体育技术的“军备竞赛”。在奥运赛场上，运动员们为了“更快、更高、更强”的目标而奋斗，为国家和民族而战。在奥运赛场之外，科研人员们也为了“更快、更高、更强”的目标而奋斗，为超越人类的极限而战。

这种超越极限的科技“军备竞赛”和技术战争还将继续并愈演愈烈。

1、中国夺冠不是靠兴奋剂，靠的是“黑科技”——航天与游泳的梦幻联动

中国航天科技集团在微博上庆祝中国游泳队夺金

7月29日，中国选手张雨霏在东京奥运会女子200米蝶泳比赛中获得金牌，随后中国队在女子4*200米自由泳接力比赛中再次夺得金牌。

在游泳比赛中，微小的动作往往是决定胜负的关键，顶尖游泳选手之间的较量往往只是0.1秒的瞬间。

由于传统的摄像等手段无法定量获得运动员全部的运动信息，尤其是无法有效识别诸如关节间旋转这样细微的变化，航天惯性技术可以帮助解决这一难题。

国家体育总局向航天九院提出了这样的项目需求，希望其能够帮助进行具体的产品研发。航天九院十三所时代光电公司是我国重要的惯性技术与产品研发基地，一直为我国各型火箭、航天飞行器提供优质的光纤惯性组和光纤速率陀螺。

国家游泳队队员参与实验。来源：中国航天科技集团微博

该公司成功将飞行器上使用的惯性技术嫁接到游泳训练中，惯性技术可以捕捉精细动作，利用惯性导航子系统获取运动员每秒钟的姿势、呼吸情况，以及泳池中每次往返的划水频率、划水宽度、划水次数、转身时间等技术参数，从而实现对每个动作进行细致的量化评估。

而且用于运动测量的产品物理外观看起来极其小巧，重量仅为16g，防水等级达到IPx7，采用无线数据收发，并且内置电池，无需外接电源。

该产品除了核心的惯性导航子系统外，还包括定位测速子系统、视频采集子系统、数据综合分析系统四大部分，可实现运动员姿态测量、位置测速、运动视频拍摄、数据一体化解算及三维模型驱动功能。

早在今年上半年，国家游泳队备战东京奥运会时，运动测量团队就携带自主研发的运动测量产品配合国家游泳队对运动员进行风洞测试，张雨霏、杨俊轩、徐嘉余、刘翔、闫子贝、余依婷等6位世界冠军参加了测试。

划艇“陆地巡洋舰”

7月28日，中国选手陈云霞、张玲、陆洋、崔晓彤四人组获得女子四人双桨赛艇项目冠军，并打破该项目世界纪录，航天技术也为这枚金牌做出了贡献。

中国航天科技集团第十一研究院充分利用在航空航天领域多年积累的设计、风洞试验专业知识和科研成果，将航空航天气动设计与测试技术应用于多项奥运赛事。

中国女子赛艇队参加测试。图片来源：中国航天科技集团

例如，十一所通过风洞试验，研究运动员在抓水、划桨、出水、回桨等不同动作中气动力受力情况，以及四位运动员不同队形对气动阻力的影响，利用科技手段提高运动员竞技成绩，助力运动员夺冠。有网友调侃，这就像电影《西虹市首富》中王多鱼研发的“陆上游泳机”。

“吨位鞋”

打破奥运纪录夺金的举重运动员吕小军，因为拥有健美的身材而被国内外粉丝称为“战神”，他独特的金色战靴也吸引了观众的目光。

安踏为吕小军定制“吨位鞋”。来源：安踏官方微博

这双鞋并不是普通的运动鞋，而是安踏研发的吨位级举重鞋——“吨位鞋”。它采用超耐磨纤维，耐磨性是普通材料的2.5倍，可承受超过14个成年人的重量。鞋子还具有足弓减震功能，可以吸收足跟冲击力，降低运动员受伤的可能性。

此外，安踏还为游泳、摔跤、拳击、体操等运动项目的运动员提供技术装备。例如摔跤服采用防刮伤技术，大大减少被对手抓伤的几率，提升赛场表现；摔跤鞋采用口袋式绑带，将鞋带隐藏锁紧，防止松脱；体操、蹦床服采用3D立体剪裁，全方位贴合人体，避免风阻对高强度空中动作的影响……

复旦科技+航空科技=扬帆起航双重保障

吕云秀夺得东京奥运会女子帆板RS:X级冠军。图片来源：新华社

7月31日，在东京奥运会女子帆板RS:X级比赛中，中国选手卢云秀夺得冠军，这是中国代表团时隔13年再次夺得帆船帆板项目的奥运金牌。当天下午，毕坤获得男子帆板RS:X级奥运铜牌，打破了中国男子帆板奥运奖牌纪录。

中国帆板运动成功的背后，离不开复旦大学信息科学与工程学院通信科学与工程系高级实验师朱倩、航空工业空气动力研究所运动技术处处长王崇利及其团队的支持。

本次奥运会期间，朱谦团队提供的技术支持工作本质上是场馆环境的信息收集工作，他们需要做的就是在比赛正式开始前，向教练员、运动员提供场馆水文情报分析、科学预报等报告。

由于正式比赛时无法使用任何监测设备，因此需要在比赛前一年进行监测，预测比赛同期的水文信息。朱倩团队于2019年7、8月到达日本神奈川县藤泽市江之岛比赛现场，进行实地踏勘，监测、收集数据，然后对数据进行整理分析，建立科学模型，最终实现预测。

朱谦团队充分结合中国人的古老智慧，以农历而非公历制定数据采集工作计划，从而掌握赛场天文潮流的变化规律。在2至3海里的比赛距离内布设多个监测点，详细记录每个时间点的气象变化，并尽量做到精细化、同步化测量，包括同时测量不同点的风况，帮助选手在起航和比赛中判断有利路线。

王崇利团队充分利用航空技术，科学准确地获取了帆船、帆板运动中船帆的气动力、船体水阻力、帆船的航行姿态、速度等关键信息。

例如，通过风洞试验、气动计算模拟，搭建了基于运动风洞的风吹试验系统，并对船帆的气动力进行了一系列风吹研究，获得了船帆的基本气动数据库；

通过水动力计算，对国家队帆船等装备进行三维扫描建模，并开展水动力对比计算研究，比较不同装备的水动力性能；

通过开发基于GPS和陀螺仪原理的无线传感器，实现帆船离岸训练数据的实时采集，为教练提供评估训练效果的量化数据。

2. 奥运会背后，一直都是强国之间的技术“军备竞赛”和“超级鞋”

沃霍尔·伍德在东京奥运会男子 400 米栏决赛中穿着超级鞋 图片来源：Dailmail

8月3日，东京奥运会男子400米栏决赛，挪威选手沃霍尔姆和美国选手本杰明双双打破保持已久的世界纪录，获得金牌和银牌。

这本该是一场值得庆祝的胜利，但两人却因穿着的特殊跑鞋而陷入争议。

沃霍尔姆和本杰明都穿的是被称为“超级鞋”的高科技钉鞋（来自不同的制造商）。

两款鞋子的主要材质都是碳纤维板。本杰明的鞋子有气垫层，相信就像在蹦床上跑步一样，有助于跨栏。沃霍尔姆的鞋子没有气垫，鞋底也用碳纤维板加固，但功能与气垫类似，提供额外的力量、平衡和弹跳。此外，他的鞋子也更轻。

《每日邮报》称使用“超级鞋”是赛道上的“军备竞赛”，专家也认为在科技的支持下，运动员的成绩将得到提升。报道称，与普通跑鞋相比，“超级鞋”会让跑步速度更快，成绩提升3%，这也是近年来男性马拉松运动员平均成绩提升约2%的原因之一。

被禁的鲨鱼皮泳衣

身穿鲨鱼皮的游泳者 图片来源：网络

2000年悉尼奥运会上，来自澳大利亚的18岁小将伊恩·索普首次穿上鲨鱼皮泳衣，连续打破三项世界纪录，一举夺得三枚金牌，也让鲨鱼皮泳衣名声大噪。

从此以后，很多游泳运动员都穿上了鲨鱼皮泳衣，在游泳界引发了一波破纪录的活动，当然，也引发了很多争议。

鲨鱼在水中游动的速度非常快，最快的速度可以达到每小时近60公里。电视上看到的鲨鱼皮肤看起来很光滑，其实不然。真正的鲨鱼皮肤非常粗糙，布满了许多微小的鳞片。这些微小的鳞片就像是小型的导流叶片，让水流过身体的速度更快，可以显著减少水的摩擦阻力，从而让鲨鱼在捕猎时可以游得更快。

受此启发，科学家在设计鲨鱼皮泳衣时也采用了这种结构，能将游泳者在水中的阻力降低 3%——这个数字看似差别并不大，却往往能决定一场比赛的成败。要知道，一场游泳比赛如果能提高 0.01 秒，运动员们要在幕后付出巨大的努力。

因为鲨鱼皮泳衣在游泳界的惊艳表现，人们对于比赛的关注点似乎发生了转移。原本，游泳比赛是比拼运动员自身的实力，但渐渐演变成技术比拼。Speedo在设计鲨鱼皮泳衣时，开始与NASA合作，用风洞来测试泳衣在流体中的表现。这种偏差渐渐开始在一定程度上破坏比赛的公平性。

鲨鱼皮泳衣虽然可以帮助运动员提高成绩，但却违背了游泳运动不依赖外力的本质，因此2010年，这类高科技泳衣被国际泳联宣布永久禁售，曾经风靡一时的鲨鱼皮泳衣也从此退出了历史舞台。

3.东京奥运会还有这些“黑科技”

除了帮助运动员在体育赛事中不断突破自我、取得更好成绩外，前沿科技也在不断支持着奥运赛场上的其他工作。

吉祥物机器人

东京奥运会吉祥物 Miraitowa 和残奥会吉祥物 Someity

此次东京奥运会，日本选择了机器人作为东京奥运会的吉祥物。据悉，机器人形象在2000多个东京奥运会吉祥物设计中脱颖而出，主要有以下三个因素：

一是近年来机器人发展速度不断加快，其引发的智能化趋势得到越来越多人的认可；

第二，日本在机器人产业方面拥有强大的实力，这可以彰显国家自信；

三是机器人带来的科技理念正在融入奥运会。

奥运会吉祥物是机器人，可见日本对机器人的重视程度，机器人将是本届奥运会的关键要素。早在奥运会开始前，日本就向世界展示了举办有机器人参与的奥运会的蓝图。2019年，东京奥组委发布了“东京奥运会机器人计划”，专门委托松下、丰田等公司生产一批用于奥运会日常运营的机器人产品。

此外，由于东京奥运会因疫情引发的紧急状态而数次推迟，最终以无观众的方式举行，场馆只能靠播放往届比赛的掌声来保证气氛。在这场混乱而冷清的盛会中，机器人的存在显得尤为重要。

Miraitowa机器人 图片来源：Eye opening video

丰田把 Miraitowa 打造成了一个实体机器人，能够识别面部表情，并通过车载摄像头与他人互动。嵌入脚底的传感器可以每 1/1000 秒发送一次信息，计算重心；关节处覆盖有 3D 打印材料，看上去不再那么机械；眼球可以与人类操作人员的眼睛保持同步，保证机器人与人的目光接触。

“机器人奥运村”

e-Palette自动驾驶出行服务车进驻奥运村 来源：凤凰网

按照东京奥运会机器人计划，第一个部署机器人的场景就是奥运村。

东京奥运村被称为“机器人村”，这里集中了日本机器人巨头打造的各种设备和产品，比如能指引方向的机器人HSR、送水机器人DSR、能收集标枪和铅球的机器人FSR、可搭载20名乘客往返奥运村和赛场的汽车机器人e-Palette，以及清洁、翻译、安保、快递等各个服务领域的机器人等。一些导航机器人还融入了AI技术，能识别面部表情，主动做出卖萌、拍手打招呼等小动作。

值得一提的是，本届东京奥运会是首次运用自动驾驶技术的奥运会，自动驾驶汽车配备了控制摄像头、激光雷达、传感器等软硬件，丰田e-Palette自动驾驶出行服务车正在奥运村内运行，通过后台指挥中心可实时了解其运行状态。

“氛围王”——T-HR3

T-HR3机器人 图片来源：开颜视频

T-HR3 是一款自 2017 年开始研发的人形机器人，以第一代和第二代可演奏乐器为基础，实现了根据编程进行动作等位置控制的精确度。它依靠一种名为 Master Hand 的控制器，使人类能够精确到手指水平地控制机器人，并可以执行拾取硬币的操作。

用户戴上VR眼镜后，可以同步操控机器人，甚至可以将机器人的触觉传递给自己。今年奥运会上，T-HR3主要负责将赛场的画面和声音传输到赛场外，让观众有种身临其境的感觉，观众还可以通过机器人与运动员交流、击掌。

人工智能“鹰眼”裁判

AI评分辅助系统 来源：HNK

鹰眼裁判一直是奥运赛场上重要的科技力量。东京奥运会采用了富士通的AI辅助评分系统。AI评分系统通过将红外线投射到运动员的身体及其周围来追踪动作。AI技术分析身体的旋转、扭动等动作的三维图像，然后分析图像中显示的动作，根据评分标准判断技术完成情况，并可以辅助裁判评分。

篮球投篮机器人

射击机器人 图片来源：朝日新闻

7月25日晚，法国队与美国队男篮小组赛中场休息时，一个身高两米、身穿黑色金属铠甲、身披95号球衣的机器人出现在赛场上，通过脚底的滑轮，它移动至罚球线、三分线、中场线投篮，命中率高达100%。

这是丰田公司设计的投篮机器人Cue，名字意为“及时”，仿佛是未来科技到来的信号。它的胸口有一个传感器，可以通过3D测绘技术定位篮筐，然后调整手臂和腿部的马达，创造出完美的投篮角度。

它于2018年首次亮相，比现在的版本略短一些，第二年，经过20万次AI投篮强化训练，投篮机器人创下了世界纪录：连续2020次罚球无失误。

3D运动员追踪技术（3DAT）

3D运动员追踪技术 来源：36氪

东京奥运会首次引入了英特尔和阿里巴巴联合开发的 3D 运动员追踪技术。该技术基于人工智能和机器视觉，可以提取运动员的 3D 形状，并创造一种全新的转播方式——在即时回放中分析、解读和回顾比赛精彩片段。这种计算机视觉解决方案无需可穿戴设备或传感器，即可实时洞察运动员数据和转播报道。

广播云技术

OBS 云图片来源：奥林匹克广播服务

本届奥运会将不设现场观众，这意味着全球观众将通过“云”观看赛事，全球200多个国家需要同步转播。

由奥林匹克广播服务公司和阿里云共同打造的奥运转播云在东京奥运会上派上了用场，改变了以往奥运会现场报道需要专门搭建和部署临时远程转播基础设施的局面，将传统上必须集中在一个地点的转播系统拆分为前端信号采集、云端编辑处理、导演制作三个部分，将东京奥运会国际转播中心的面积减少了25%，现场工作人员数量减少了27%。

超沉浸式通信技术 Kirari

Kirari技术展示 来源：IT之家

日本最大电信运营商NTT携手合作伙伴，在帆船比赛中首次公开展示基于5G技术及自主研发的超沉浸式通信技术“Kirari”。

Kirari 可以将船舶或无人机上的多台 4K 摄像机实时拍摄的画面，实时合成为由三幅 4K 画面组成的 12K 分辨率超广角画面，从而实现单台摄像机无法拍摄的高分辨率和宽视角。再将 12K 超广角合成画面通过 5G 技术实时传输到前方漂浮的 55 米宽屏幕上，让观众以身临其境的方式“参与”比赛。

东京奥运会就像是一个大实验室，为人工智能在各个领域的实践提供了宝贵的机会。相信在奥运会上得到检验和推广的人工智能产品，在未来推广到社会各个领域时，一定会大放异彩。

动力外骨骼机器人

东京奥运工作人员佩戴动力外骨骼机器人搬运重物。图片来源：网络

动力外骨骼机器人是一种辅助人类搬运重物的动力设备，机器人穿戴在身上可以帮助工人在搬运重物时减轻腰部所受的压力，可以有效减轻工人在搬运重物时所遭受的重力挤压伤害。

此类动力设备的辅助系统正在被大力开发，对于行动不便的老年人、残疾人来说，动力外骨骼机器人的开发与应用将为他们提供极大的行动便利。

结论：体育场里的“军备竞赛”

随着科学训练在体育赛事中发挥着越来越重要的作用，奥运会已不再仅仅是各国运动员生理机能的比拼，而是一场运动技术的“军备竞赛”。

正如上文《每日邮报》提供的数据，类似“超级鞋”的专用跑鞋近年来帮助男性马拉松运动员平均成绩提升了约2%。从游泳到田径，从举重到赛艇，在各类前沿科技的支持下，运动员们不断突破人类极限，书写着更加绚丽的奥运篇章。