更高、更快、更远，这是奥林匹克精神，巴黎奥运上各项世界纪录接连被打破，除了高涨的民族情绪外，这些世界纪录和我们又有什么关系呢？
作为一个热爱运动的数据器材党，今天以我熟悉的游泳、骑行和跑步为切入点浅析一下打破世界纪录背后的科技力量，以及这些技术离我们有多近。
更快的关键——空气动力学
既然要追求更快，那最重要的就是速度，而和速度沾边的几乎都离不开空气动力学。由于奥运会没有赛车项目，应用得最好的就成了游泳、自行车运动和皮划艇等依靠器材或者和流体/空气息息相关的项目。比如潘展乐在 100 米自由泳打破世界纪录夺金，将世界纪录大幅提高了 0.4 秒；自行车领域更疯狂，在比赛环境更统一的场地自行车项目中，女子团体竞速中，前三名都打破了世界纪录；男子团体竞速和团体追逐也都打破了奥运纪录。
其中固然有运动员们努力训练、奋勇拼搏的功劳，但实际上，在现代体育中，比拼科技已经成为提升成绩的最重要手段，包括科学训练和器材进步。
首先以游泳为例，广为人知的「鲨鱼皮」泳衣在 08 北京奥运会时帮助传奇选手菲尔普斯夺得 8 块金牌打破 7 项世界纪录，虽然由于背离了运动初衷被泳联禁用，但其通过仿照鲨鱼鳞片的特殊设计让水阻减小从而提高成绩正是科技变革的最好例证。
正所谓长江后浪推前浪，虽然鲨鱼皮泳衣被禁用，但通过科技手段提升成绩的探索还在继续，比如如何减少水中阻力，而这就是涉及到了流体力学，或者说更细分的空气动力学，没错，游泳中通过改变姿势减少水阻实际属于空气动力学范畴，而我国作为航空航天大国，在这方面可谓是有先天优势。
早在 2021 年就有来自航天九院的新闻报道航天科技人员如何通过在风洞中测试不同姿势的风阻来设计更科学的动作以提高速度，通过小型传感器和不同风速扰流测试找出阻力最小的姿势动作。
在风洞中确定好泳姿后，接下来就是更细致地调整，如同跑步需要跑步机、骑行需要骑行台一样，游泳也需要一个定点的训练器材，让教练和运动员更好地观察自己的姿势以便进行调整，传统泳池在这点上有些局限，于是就有了「无边泳池」。
这种无边泳池并不是酒店网红打卡的那种无边泳池，而是类似跑步机一样在一个室内池或者说大水缸，通过电力马达和单螺旋桨，依照个人游动时所需要的水流设定阻力，可以模拟出不同流速和方向的水浪，为选手模拟出一个没有乱流、有层次的游泳水流，便于运动员训练泳姿以及教练观察。
虽然风洞离普通爱好者还有些远，不过这种专业的无边泳池已经投入民用训练了，曾有幸在北京某游泳训练培训中心使用过一次，而该中心主理人正是国家队退役运动员。
如果说游泳项目应用风洞测试已经是在追求边际效益，背靠航天大国的「卷」，那在自行车运动上，空气动力学的应用已经是每个志在夺牌选手的必修课了，早在十年前，就引入了高尔夫球面等空气动力学设计用于提升自行车速度，如今气动大组车更是大行其道。
今年创造历史纪录一人包揽公路自行车男子个人计时赛和大组赛冠军的比利时选手埃费内普尔（Remco Evenepoel）就是依靠风洞测试找到了最适合自己的姿势，极大地放大了自己小个子的优势，即使绝对功率不如竞争对手，但依靠更小的风阻像子弹一样飞出赢得比赛。
尤其是大组赛中，几乎和个人计时赛一样的姿势和风阻，成为其单飞突围、一个人ITT跑到最后夺取金牌的重要法宝。
如果说公路自行车赛场上还有着天气变化、路况、海拔爬升和对手乱战等诸多外因影响，那条件更为单一的场地自行车赛则是以空气动力学占主导地位的项目，相比大组赛，场地自行车有着更极致的空气动力学设计。
在男子团体赛中，不同的车队采用了不同的器材，并且在最终成绩上也很有趣地对应上了。最终进决赛的两个队，用的都是超宽前后叉的设计，而宽前后叉正是最新的自行车空气动力学理念，最大限度地利用风帆效应。
最终荷兰队两度刷新世界纪录夺取金牌，其中器材的优势有多大我们无法量化。但可以参考的是澳大利亚队的那台 Factor 宣称花费了 200 万美金研发费用，竞品 Canyon 则号称他们做了 442 组 CFD 模拟、312 次风洞测试、155 小时场地测试，最后打造了他们目前最快的车，空气动力学的重要性可见一斑。
幸运的是，这些极致设计的自行车由于规则要求必须市售，虽然有些不太好买且售价高昂，但确实是实打实可以买到的奥运冠军同款。
材料学带来的体育器材变革
光有奇思妙想的空气动力学设计还不够，如何将设计落实才是最关键的。而这就涉及到了材料学的发展，准确地说是碳纤维技术的发展。
传统材料技术应用大都有局限，如金属材料受锻造、铸造或焊接的限制无法做出特殊造型，新一代的 CNC 在一定程度上弥补了这个缺陷，但也大都应用在铝合金上，无法实现轻量化和不同方向承受不同应力的特性，陶瓷、玻璃等材料同理，直到碳纤维材料的大规模应用。
碳纤维是一种高强度高模量的复合纤维材料，可以实现同等强度下远低于传统金属材料的重量，也可以达到传统材质无法匹及的刚性、耐腐蚀性和耐高温性。而碳纤维的制造是由碳布堆叠在模具中高温烤制而成，有点像面点烤制，所以可以在很大程度上实现各种奇形怪状的形状，满足苛刻的空气动力学要求。
此外，现代碳纤维材质还可以通过不同的碳布排列实现不同部位、不同方向的不同强度要求。
举个例子，碳纤维自行车车架，可以在五通踩踏处通过高密度高模量的碳布堆叠达到极高的刚性，让运动员踩踏的每一「牛」的力都施加到传动装置上。而在车头、车座等位置，通过另一种碳布排列，将车轮和地面接触传递的力分解，起到类似避震器的作用，增加运动员的舒适性，使运动员可完成长距离高强度的艰苦比赛。
除了应用在自行车上，碳纤维还广泛应用在网球拍、羽毛球拍等器材上，而近年刚刚得到广泛应用的是碳板跑鞋。2017 年基普乔格穿着耐克旗下首款碳板跑鞋 VaporFly Elite 跑出 2 小时 25 秒的成绩后，碳板跑鞋开始广泛进入大众视野。
而在今年的巴黎奥运会上，男女马拉松选手都在史上最难马拉松赛道打破尘封多年的奥运会马拉松纪录并夺冠，其中阿迪和耐克的新款碳底跑鞋起到了很大的作用
相比传统跑鞋，在中底中加入了碳板的新型跑鞋以其特有的高刚性和高强度可提升运动员的稳定性和支撑性，特别是在高速运动中，为脚部提供稳定的支撑平台，避免鞋底过度变形影响跑步效率以及增加受伤风险。
同时可以依靠高模量和低模量混编在保持刚性的同时具有一定的弹性，在跑步时受压后可储能并适时释放，从而增强推进力。以及依靠碳纤维可设计成不同形状的特性，可通过不同形状实现不同的运动力学要求，比如通过弯曲设计增加跖趾关节的力臂作用等。
此外碳纤维还有稳定的耐疲劳性确保性能不会快速下降以保持运动一致性，更不会在承受42公里的反复冲击下发生断裂等问题，这些都是传统材料在长期使用中经常出现的。总之，碳板跑鞋在让人们跑得更快这件事上可谓是居功甚伟。
幸运的是，不管是碳纤维自行车还是碳板跑鞋，我们都可以很容易地买到，而且国产碳纤维车架和碳版跑鞋的制造都是世界一流水平，感恩科技的发展。
将奇思妙想化为现实的 3D 打印
虽然碳纤维可以满足几乎所有奇形怪状的设计，但由于追求最高荣誉的都是极少数人，而碳纤维开模成本巨大，且调整麻烦，为了适应顶尖选手们不同高矮胖瘦身材的需求，3D 打印技术开始应用到体育赛场上。
最早应用的是自行车个人计时赛，为有机会夺冠的车手用 3D 打印技术定制更贴合手肘的计时赛专用车把，配合前面提到的风洞测试，找到最适合他的姿势后制作完全个人定制的车把，这种车把平均成本 2 万欧，堪比一辆整车，但可以为运动员们带来实打实的冠军。
在今年巴黎奥运会上，3D 打印应用最为普及的已经不是车把，而是场地车车架。志在夺冠的多国都采用了最新研发的 3D 打印车架，如意大利队定制的 Pinarello 全新 Bolide F HR，还有英国队由 Lotus 和 Hope 合作推出的 Hope HB.T。
Pina 采用 3D 打印最显眼的地方是立管和座管上都有仿生物技术的「AirStream」纹路。这些 「AirStream」纹路是与阿德莱德大学和空气动力学研发合作伙伴 NablaFlow 合作开发的，以座头鲸的鳍为基础，使车手旋转的双腿之间湍流空间中的气流更顺畅。而这正延续于 2022 年创下 1 小时纪录的 3D 打印钪合金 Bolide F，那辆车是 3D 打印在车架上的第一次应用。
虽然我国是「自行车大国」，但那只是曾经因为经济落后把自行车当做交通工具而造成的民用自行车数量庞大，在专业的竞技自行车项目我国是实打实的弱国，最高水平的环法自行车赛至今仅有一人完赛，奥运会更是在今年才实现时隔 30 年的首次完赛。但在场地自行车我们有着两枚金牌——里约和东京奥运会女子团体竞速冠军。
作为卫冕冠军，中国女子团体竞速的三位姑娘当然是拥有绝对实力的优秀选手，在奥运前的场地联赛总决赛第一轮就大破由德国在 23 年世锦赛创造的 45 秒 848 原世界纪录 0.4 秒，决赛稍逊，但 45 秒 722 也超过原世界纪录 0.1 秒。
但在奥运会上，三位姑娘在第一轮就被淘汰出局仅获第六，而大热门英国队三次打破世界纪录夺得冠军，即使是第三的德国队也打破了原世界纪录。
是我们的姑娘们不够强吗？也许，但我们可以从泰晤士报的一篇赛前报道中获得些其他信息——《5.5 万英镑的自行车和 600 英镑的袜子：英国场地自行车的秘密》。大概揭示了其中的一些秘密，除了气动袜这些常规应用外，更贴合选手身材特点设计的 3D 打印场地车无疑是我们缺失的一环。
不知道是该说幸运还是不幸，顶尖选手没享用到的 3D 打印技术在生活中已经很常见了，不管是想要个特殊形状的小玩意儿，甚至只是个手机支架，还是更细致的一些工业需求都可以通过 3D 打印满足。
比如最常见的 3D 打印车座，像我用的这款就是采用 3D 打印的液态聚合物，具有可以随意调整的蜂巢结构，官方宣传有 14000 个支撑点和 7799 个交叉点，可以自由调整硬度，这是泡沫材料无法实现的。每一个点位都可独立调节，做到「该软的地方软，该硬的地方硬」。
目前 3D 打印坐垫已经很常见，包括众多国产品牌也已经跟进，并且售价低廉，只是缺少人体工学的数据支撑，还做不到「该软的地方软，该硬的地方硬」，更多是徒有其型，反而是部分厂商在头盔衬垫中采用的 3D 打印技术更有想象力，可以达到传统海绵一样的缓震透气还不会滋生细菌。
无独有偶，和碳纤维一样，3D 打印技术也开始在跑鞋上应用了，阿迪某些型号的跑鞋鞋底也采用了液态聚合物进行 3D 打印，实现所谓的 4D 设计鞋底，让跑步更舒适。
体育赛场也需要特种服装
那篇泰晤士报的文章中有提到，一双袜子价格高达 600 英镑，实际上，那双袜子是集合了气动和压缩两种效应，可在紧固选手小腿肌肉的同时减少风阻，让速度更快。
正如同史蒂夫罗杰斯所说：You gonna fight a war, you gotta wear a uniform。比赛亦然，好的装备，有时也是决胜的关键。
虽然英国队的衣服上印着阿迪的 logo，但实际上是来自另一家品牌——VORTEQ，他们会进行 3D 测试和风洞验证等多种手段为运动员量体裁衣，颇有萨维尔街的那套风范，根据不同的需求提供相应的产品。
600 英镑的袜子是他们最便宜的，最贵的则是连体服和鞋套套装，包含了 4 小时风洞测试和 4 套原型连体服以及鞋套，定价为 7000 英镑，只要沾上气动定制的产品，都不便宜，相对来说，压缩服就亲民多了。
压缩服是已经很普及的运动服装了，奥运赛场上，虽然鲨鱼皮被禁用了，但是和鲨鱼皮一样极度压缩的游泳服沿用了下来，虽然没有鲨鱼皮那样的排水效果了，但也能一定程度的让肌肉紧固，增强运动表现并减少水阻。
对爱好者而言，压缩服的作用更多是增强表现，梯度压缩可让肌肉减少振动节省能量，并且增强静脉回流加速乳酸排出，减少酸痛。在跑圈，压缩腿套几乎已经成为普及产品了，反而是在奥运会等高级别赛场上许多场合不允许使用压缩腿套等产品，在这点上，还是普通爱好者更有福。
相比压缩服，气动服更少见一点，主要在自行车骑行服上，正规骑行服厂商的产品设计都会考虑到气动设计，只是侧重多少的问题，在这点上，也是骑行需要穿骑行服的原因之一，并不是普通运动服装不能穿，而是骑行服会更省力。
至于像骑行袜这种追求极致的，就更多是比赛时才用了，非定制民用产品也有，如 Swiss Side 的 Aero 气动袜，宣称在 45KM/h 的时速下测试，阻力减少 3W 至 6.5W，售价 70 刀，大概是奥运会英国队用的十分之一价格。
从数据看门道的体能监测
在看比赛时，我们常听到解说员提到运动员的「状态」如何，运动员也是人，也会有疲劳期，需要休息和调整，所以一般运动员们会根据比赛的重要程度将「状态」调整到最佳，在这个过程中，就需要用到一些仪器和数据监控「状态」，而不仅仅是靠运动员的自我感觉。
是不是听起来有点耳熟了，实际上这就是运动手表厂商们常提的「体能检测」，通过检测心率、睡眠数据、HRV（心率变异分析）和 ECG（心电图）等数据来判断身体健康，这些都是从体育赛场上「军转民」下放的。像我们的飞人苏炳添也曾以暨南大学体育学院副教授、硕士研究生导师的身份发表过相关论文。
当然对于职业运动员来说，他们的数据会更多更全面，甚至是各个运动员的机密，包括生物电位信号监测、电化学传感监测、光电容积描记法监测等，对肌力、速度和身体协调性等训练效果进行评估，这部分对应到运动手表里就是步频、触地时间、垂直振幅等跑步时常见的指标，这些数据第一次为大众所知是在 Apple Watch Ultra 发布之时，但在佳明松拓等专业户外厂商中是早已普及且算法更为准确和先进。
此外还有对呼吸、心率、血氧、血乳酸等体征信息进行量化的实时监测与分析，除了乳酸目前还依靠算法估算以外，呼吸、心率和血氧也已经是日常监测的重要指标了，其中血氧更是在前三年被大众熟知，结合 HRV 可判断是否感染新冠病毒，越野跑天王 Kilian Jornet 在 22 年打破环勃朗峰超级越野赛世界纪录前正是依靠佩戴运动手表上的 HRV 变化发现自己感染了无症状新冠，并带病完赛还打破纪录。
运动监测除了帮助运动员调整状态外，还需要监测运动员疲劳度，防止训练损伤，根据状态动态地制定科学的体能恢复与训练计划，而这些也是我们普通人更需要的，以我常用的佳明为例，运动产品涵盖了骑行的自行车码表、功率计，跑步游泳的手表，还有通用的心率带等设备，当系统收集到日常生活和运动的数据后，会给出相应的建议。
或者是根据比赛相关的需要，调整相应的训练计划，对于绝大部分人，不管是普通身体健康需求，还是运动入门，以及运动进阶，跟着佳明给出的建议调整身体和训练健身都是足够的。所谓的「制定计划——科学训练——检测指标——评估效果——制定（优化）计划」的训练闭环。
小结
体育赛事本质上是一场秀，一方面是人类好斗基因在一定规则限制内斗争的具象化，是一场文明且优雅的战争。奥运会赛场上的成绩是综合国力的展示，运动员们的成绩一方面代表了国家中身体素质最优秀的那帮人，另一方面也代表了国家科技水平的发展，看似很远的高端体育科技终将用于百姓日常，将高超的科技用于提高人们的身体素质，将高超的科技用于研发更先进实用的体育器材和运动产品，从而不断提升运动水平，使之更高、更快、更远。
这是科技变革的意义，也是一种奥运精神。
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