這個春天，一起向未來

清疏

晶瑩剔透的“冰雪五環(huán)”，萌態(tài)可掬的“冰墩墩”，精彩紛呈的賽事節(jié)目，冬奧會上的各種“黑科技”……在新春之際，北京冬奧會成功舉辦，中國以燦爛悠久的文化底蘊和強大的科技實力向全世界兌現(xiàn)了舉辦一場高水平的體育盛會的承諾。

北京冬奧會不僅是一場體育盛會，也是一場科技盛會。在籌辦北京冬奧會的過程中，科學技術(shù)部專門設立了“科技冬奧”重點專項組，批復啟動80個“科技冬奧”項目，一批核心關(guān)鍵技術(shù)得到攻克，諸多專項科技成果投入賽事運維中，為北京冬奧會和冬殘奧會提供了強有力的科技支撐。這些冬奧史上的首創(chuàng)，離不開中國高?？蒲袌F隊的助力。快緊跟春天的腳步，走進高校看看這些“黑科技”的真面目吧！

變廢為寶，打造最環(huán)保的冰面

——北京大學 二氧化碳制冷技術(shù)

圖為張信榮在國家速滑館指導跨臨界二氧化碳制冰機組裝備運行

在1.2萬平方米晶瑩剔透的冰面上，短道速滑項目10次破奧運紀錄，這離不開冰面下隱藏的“硬核”制冷技術(shù)的助力。在二三厘米厚的冰面下，埋了一層密布的制冷管，管里流動著液態(tài)二氧化碳。這就是北京大學工學院的研究員、博士生導師張信榮及團隊研發(fā)出的新型制冷劑。這也是冬奧史上第一次采用天然工質(zhì)二氧化碳制冷技術(shù)代替?zhèn)鹘y(tǒng)制冷劑氟利昂制造冰面。

二氧化碳也能制冷？可能有不少同學會發(fā)出這樣的疑問。其實二氧化碳制冷的原理就是給二氧化碳加壓，使其變成液態(tài)，讓它在管道中流動的時候大量吸熱，從而讓溫度降下來。原理看似簡單，但實際研發(fā)的時候卻面臨著一個又一個關(guān)鍵性問題，如“如何控制二氧化碳的‘跨臨界”“如何使壓縮機保持動力”等。為此，張信榮及團隊自2016年接到任務起，經(jīng)過了數(shù)年的攻關(guān)，終于實現(xiàn)了技術(shù)突破。最終，用二氧化碳制冷技術(shù)制造的冰面的溫差控制在0.5℃，低于奧組委提出的1.5℃的標準。要知道，溫差越小，冰面的平整度和硬度越均勻，運動員滑行速度就能越快，這有利于運動員創(chuàng)造出好成績。不僅如此，以二氧化碳代替氟利昂，整個制冷過程能做到零碳排放，更安全、環(huán)保、節(jié)能、高效地創(chuàng)造了冬奧歷史。

多年來，張信榮一直都在研究如何把二氧化碳作為一種資源加以利用。他希望，冬奧會成為一個起點，二氧化碳在未來各行各業(yè)的能源替代上都能發(fā)揮出很好的作用。

突破“卡脖子”技術(shù)，實現(xiàn)“用雪自由”

——上海理工大學 造雪機核心突破

圖為北京冬奧會場地

滑雪項目是冬奧會上的重頭戲，不過你有沒有想過：這些雪是從哪里來的呢？靠自然降雪？那可不行，天氣是個不穩(wěn)定因素，且天然雪密度小，重量較輕，滑雪體驗不如質(zhì)地更結(jié)實的人工雪。這時就需要“造雪機”出場了。

然而很長時間以來，打造高質(zhì)量的冰狀雪賽道都是我國冰雪產(chǎn)業(yè)“卡脖子”的技術(shù)難點，因為國外在這方面對我國進行了技術(shù)封鎖。為了更好地打造冬奧會賽事場地，國家組織各高校和科研機構(gòu)成立了相關(guān)研究課題組。其中，上海理工大學承擔了課題研究中的大部分實驗內(nèi)容，主要負責改進造雪機中的核心部件。

人工造雪技術(shù)的核心是通過制冷制造低溫環(huán)境，催化晶核的生成，并以晶核為種子雪晶吸附破碎霧滴成長為雪花。據(jù)上海理工大學能源與動力工程學院老師趙巍介紹，在這一年多的研究里，團隊進行了無數(shù)次精細化實驗，模擬了多種地域和溫度條件下的氣候環(huán)境，分析了核子器成雪條件、造雪質(zhì)量、雪晶形態(tài)及粒徑分布等隨地域氣候條件及運行參數(shù)的變化規(guī)律。為了減小風對造雪機產(chǎn)生的影響，團隊成員們需要用手舉著擋風板站在冷風機風口前，常常在-15℃的冷風中凍得瑟瑟發(fā)抖。

好在，所有的付出終有回報，這些數(shù)據(jù)對造雪機核子器氣水比調(diào)配優(yōu)化提供了有力支撐，也助力北京冬奧會精彩萬分的滑雪比賽圓滿呈現(xiàn)。

室內(nèi)滑雪不是夢

——北京理工大學“室內(nèi)多自由度模擬滑雪訓練系統(tǒng)”助力冰雪項目

圖為北京理工大學自動化學院研究生體驗模擬滑雪訓練

如何使滑雪運動員的動作更精準？如何在非雪季進行雪上訓練？……這些問題就交給北京理工大學來解決吧！

在北京理工大學自動化學院的一間實驗室內(nèi)，一位研究員正穿戴著傳感器裝備，站在一副模擬雪橇上，面對著巨大的電子屏上的滑雪場景畫面，開始急速左右擺動滑行。這就是由北京理工大學自動化學院聯(lián)合運達體育管理（北京）有限公司研發(fā)的“室內(nèi)多自由度模擬滑雪訓練系統(tǒng)”。這是專門為高山滑雪、越野滑雪等項目提供室內(nèi)模擬訓練的設備，以提升運動員的專項動作訓練效率。

據(jù)項目主要研發(fā)人員之一、北京理工大學自動化學院副教授陳振介紹，這套系統(tǒng)包括模擬滑雪訓練平臺、六自由度平臺、運動形態(tài)識別與位姿測量系統(tǒng)和用于展示滑雪場景的電子大屏。系統(tǒng)中還內(nèi)置多種模式，如運動員可選擇“奧運賽道”模式，這時滑臺下方的六自由度平臺就能模擬出高低、傾斜、偏轉(zhuǎn)等姿態(tài)，還原運動員在真實滑行中可能遇到的各種賽道狀況。同時，設備上安裝的運動形態(tài)識別與位姿測量系統(tǒng)能記錄運動員的一些關(guān)鍵動作，再通過慢鏡頭回放、識別，發(fā)現(xiàn)并解決訓練中的問題。

有了這套系統(tǒng)，滑雪運動員就能更方便、更精準地進行室內(nèi)訓練，再也不用受場地和時間的限制了。未來，北京理工大學還將進一步針對小學生、中學生等群體改造設備，讓更多人能以低成本參與冰雪運動。

如影隨形，步步“生”花

——北京電影學院 科技與藝術(shù)的視覺盛宴

圖為北京電影學院師生團隊工作現(xiàn)場

在北京冬奧會開幕式上，場上演員的腳下“盛開”出一朵朵晶瑩剔透的雪花，與演員們“如影隨形”。這如夢如幻的舞臺效果吸引了全世界觀眾的目光。如果你以為這只是一個普通的燈光效果，那就大錯特錯了，這里面蘊含著“基于人工智能技術(shù)的影像識別跟蹤”和“基于交互引擎技術(shù)的實時渲染呈現(xiàn)”兩個核心技術(shù)。

科技與藝術(shù)要想實現(xiàn)完美融合，需要擁有強大的算力支撐以及經(jīng)過成百上千次的磨合。據(jù)項目負責人、北京電影學院教務處處長兼聲音學院院長童雷教授介紹，這是聲音學院師生組成的實時交互視頻特效團隊聯(lián)合英特爾團隊，通過將實時捕捉、交互呈現(xiàn)等多項技術(shù)融合，歷時半年完成的。具體來說，英特爾團隊需要通過人工智能系統(tǒng)捕捉出演員的位置，然后把信息傳遞給學校師生團隊負責的系統(tǒng)。學校師生團隊采用實時交互引擎獲取演員的信息后，再按照導演的美術(shù)創(chuàng)意需求，將其生成需要的效果，然后無延時地呈現(xiàn)在演員腳下。二者的無縫銜接，才成就了這場浪漫唯美的視覺盛宴。這也是世界上首次在超過一萬平方米的場地上對超過600名演員進行實時跟蹤與互動的表演，是藝術(shù)與視覺技術(shù)領域的首創(chuàng)。

（以上圖片均來源于網(wǎng)絡及相關(guān)院校官網(wǎng)）