申冬奥成功以来,“科技冬奥”重点攻关大力推进,《科技冬奥(2022)行动计划》全面展开,国家重点研发计划“科技冬奥”重点专项有序推进,取得了一系列科技创新成果。这其中自然少不了高校的力量。
据不完全统计,清华大学、浙江大学、复旦大学、上海交通大学、哈尔滨工业大学、北京航空航天大学、重庆大学、大连理工大学、北京林业大学、东北大学等国内多所高校贡献了科技智慧,助力冬奥。
浙江大学
作为唯一新建冰上竞赛场馆——国家速滑馆“冰丝带”为世界贡献了由中国设计、中国技术、中国材料、中国制造组成的奥运场馆建设“中国方案”。这其中,浙江大学建筑工程学院罗尧治教授团队和邓华、袁行飞教授团队就为“冰丝带”超大跨度索网结构建设施工与运维保障提供了重要的科技力量。
“冰丝带”的屋面体系采用了双曲面马鞍形单层索网结构,是目前世界上跨度最大的单层双向正交马鞍形索网屋面体育馆。所谓的索网结构,简单地说,就是一张由钢索编织而成的大网。这样一张大网“扣”在了速滑馆的上方,形成一个马鞍形双曲面屋顶。
相较于传统的刚性屋面结构体系,柔性的索网屋面在满足结构功能的前提下大大减小了结构的用钢量,这样精巧的空间设计为节能环保提供了保障。
除了对“冰丝带”屋顶的监测,浙大团队还对速滑馆的赛场冰下混凝土开展了结构监测。“冰丝带”采用了全冰面设计,同时也采用最先进的制冰技术,冰面温差可控制在0.5℃以内。
在“冰丝带”建设期间,浙江大学建筑工程学院的另一拨人马也发挥了重要作用。为了更好解决屋顶的建设难题,邓华、袁行飞教授团队通过12:1的缩尺模型,开展了国家速滑馆大跨度索网屋盖结构建造关键技术及模型试验研究。
复旦大学
如何通过人工智能为冬奥健儿的体育训练赋能?复旦大学工程与应用技术研究院教授、智能机器人研究院常务副院长张立华团队研发智能冰上运动训练分析系统。这一系统的主要技术指标被2022北京冬奥会采用,让“智能化”教练亲身指导,助你化身“冰雪精灵”!
该系统采用基于人工智能计算机视觉算法对滑冰运动员的动作、姿态、速度等信息进行智能分析对比,从定性、定量再到定制化分析每个运动员的特点,提高科学化训练水平与效率,有效减轻教练员工作负荷,实现科学训练、有效提升运动员训练效果和竞赛成绩的目的。
上海交通大学
由上海交通大学设计研发的六足滑雪机器人在沈阳完成了初级道、中级道以及与人共同滑雪实验,通过了稳定控制、智能感知、规划决策等多方面的测试。这款滑雪机器人是在“科技冬奥”的号召下,由上海交通大学高峰教授领衔,上海交通大学机械与动力工程学院和电子信息与电气工程学院组成的足式机器人研究团队研制,获得了科技部国家重点研发计划“科技冬奥”重点专项支持。
不仅能高速滑雪,还能躲避人群、自己规划最优路线。滑雪机器人在初级与中级雪道中的测试,证明了自己具备敏捷的转弯、制动能力和强大的自主感知、规划能力。它能在雪场高速滑行,遇到障碍物还能急转弯,继续保持自己矫健的滑雪身姿,还能在滑行的过程中完成高山滑雪运动中的“过旗门”任务,能够实现良好的速度、方向控制,具有滑行、急停、避障、绕杆等功能。
北京航空航天大学
科技助力竞技体育需要科学的训练才能够决胜毫厘之间,有哪些方式可以提升运动员的速度呢?哪里转弯哪里变换姿势是最为恰当和合适的呢?北京航空航天大学教授柯鹏团队研发出了一套训练神器。
据介绍,北京航空航天大学交通科学与工程学院副教授柯鹏带领着团队,从2019年开始,充分借鉴航空工程的基础理论和技术方法,在服装、装备、动作、冰面摩擦等每一个环节,都经过了细致的研究。对于运动员什么时候加速、怎样转弯、如何减少阻力、滑行路线选择、体能分配和配速优化方面,都引入航空航天科技,特别是找到了适合中国运动员的最佳滑行线路,借助科技让训练更科学。
重庆大学
为保障大规模临时设施的安全,重庆大学“科技冬奥”团队成员、土木工程学院刘纲教授研发了严寒山区复杂地形下大面积高容量临时设施安全运维监测系统。
冬奥会临时设施大多都建在脚手架上,所以每一个连接点的安全牢固就非常重要。在实验室检测现场脚手架上的每一个连接处,都插着数个插销来实现的固定和链接。为此重庆大学“科技冬奥”团队研发了一套设备,实现用无人机给整个赛场的脚手架做体检。仅仅拍一张照片,就能够检测出拍照范围内的插销是否安装到位。每一片插销都预先涂上了特有的反光材料,一旦有安装不到位的情况,通过无人机拍照就能够立马在显示屏中看到反馈。这样,既节约了时间、人力,也最大程度地保证临时设施的安全牢固。
另外,赛场下都是冻土,如何保证建筑安全?重庆大学“科技冬奥”团队研发了适用于严寒山区大面积复杂结构荷载的抗冻融循环冻土地基快速处理专利技术新型桩。
清华大学
冬奥会期间,无论是工作人员还是现场观众,冬季室外低温都是个大麻烦。在极寒条件下如何温暖观赛?清华大学建筑学院副教授曹彬团队专门开发了极寒环境下的“热保障”,研发出了极寒环境下的“温暖装备”——智能加热服和加热坐垫,可以在短时间内迅速发热、锁热。配上手机App的模式选择,就能对人体重要部位进行补热。同样,黑色坐垫打开开关,也能短时间内迅速发热、锁热。
哈尔滨工业大学
自动夹取、释放冰壶、准确击中目标……冰壶机器人将在北京冬奥会亮相,不仅在冰壶比赛期间进行表演,还将在群众体验场与观众进行互动。哈尔滨工业大学联合黑龙江省体科所、哈尔滨体育学院等体育专业队伍组成20多人的研发团队,构思和设计一款能够与人协作共同完成冰壶比赛的机器人,实现人工智能赋能冰雪体育。研发团队还将进一步研制面向大众体育的冰壶机器人系统。
大连理工大学
这款滑雪头盔运用了航天薄壁结构设计科技。大连理工大学科研团队运用了曲线加筋变刚度的设计技术,头盔的材料也有所创新。在保持冲击韧度的同时将刚度提高了4倍,拉伸强度提高了3倍,大幅提升了头盔的抗冲击吸能效率,对运动员形成更好的保护。如今,这款头盔已经通过欧洲滑雪头盔安全标准测试,并在我国雪上空中技巧项目专业队的训练当中投入使用。值得一提的是,它的重量只有700克左右,在不大幅增加厚度和重量的前提下,防护性能比欧洲标准还高出至少20%。
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