美国游泳队的秘密武器

　　陈琳/编译

　　美国的游泳运动员在本届奥运会上的表现可圈可点，他们在水立方里的成绩要比以往的比赛成绩快上几毫秒。这不光是因为有了神奇的“LZR Racer”泳衣助阵，其实美国游泳运动员在强化训练时，使用了一种秘密武器——数字微流体粒子图像分析（digital particle image velocimetry）技术。

　　该技术的原型是电驱动微流体粒子图像测试技术，科学家们常把这种技术应用于测试小鱼、甲壳类生物以及飞机周围的微小粒子对它们的影响。以美国伦斯勒理工学院（Rensselaer Polytechnic Institute）的机械学家、宇宙航空学家提姆·韦（Tim Wei）为首的研究人员，花费了五年时间，将该技术改进为应用于游泳运动员训练的数字微流体粒子图像分析技术。

　　运动员在游泳时，该技术使用高速跟踪镜头将运动员在水中的动态影像录制下来，然后在实验室里做进一步的数据分析——通过计算机跟踪这些动态来总结流体动力的规律，从而计算运动员在水中的受力情况。计算机比较每一帧记录的改变，通过比较同一记录点在每个帧内移动的距离来计算记录点运行的速度。当然，这些数据处理的时间非常迅速，几乎与跟踪镜头的运动同步。在计算出所有记录点的速度以后，计算机会在该实时视频中标出向量箭头，来指明被运动员排开的水的质量和方向，从而发现游泳动作上存在的缺陷。

　　2007年10月，美国国家游泳队教练员与队员们正式开始应用该训练技术。在对2000年悉尼奥运会蛙泳冠军摩根·扬德里克（Megan Jendrick）的训练中，“视频中的向量显示，扬德里克的脚一直呈右旋，相比其他运动员的垂直向后来说，流体的阻力更大一些。”提姆·韦表示，“通过向教练解释如何让脚不向错误的方向用力，可以提高其向前的动力。”于是，研究小组与教练沟通，建议扬德里克改变游泳过程中脚的姿势，使其每次的训练成绩都能获得平均几个毫秒的提升。

　　提姆·韦说：“之所以花数年时间研究数字微流体粒子图像分析技术，是因为我们确定它能有效提高比赛成绩。”在像奥运会这样的世界顶级的游泳比赛中，不同选手之间的差距通常只有几毫秒。如何将运动员的最大潜能发挥出来，把握住这几毫秒的优势在比赛中占得先机，是当前各个国家游泳队教练员与运动员的训练突破重点。提姆·韦对流体力学技术的改进，让他成为美国游泳队幕后的英雄。“我们通过对运动员游泳过程中自身游动以及水流的各种数据进行汇总，可以指出此前教练和运动员所没有注意到的技术细节。这项技术为运动员自身特点的发挥起到了十分重要的辅助作用。”

　　美国国家游泳队教练肖恩·赫奇森（Sean Hutchison）表示：“我认为该项技术对游泳训练具有重要意义，通过该技术收集到运动员训练状况，我便能够对他们的状态、运动周期以及其他方面有一个清晰的了解。”

　　数字微流体粒子图像分析技术已经在2008年北京奥运会上帮助美国国家游泳队取得了辉煌的成绩。提姆·韦表示，他们将进一步改进目前的研究成果，并希望该成果能使美国游泳之师所向披靡，在2012年伦敦奥运会上成为新一代“梦之队”。另一方面，提姆·韦还准备利用该技术对参加2010年温哥华冬季奥运会滑雪项目的运动员进行指导，不过雪上运动分析起来要比游泳更加复杂。

　　(译自《科技评论》 )