這個春天，一起向未來

清疏

晶瑩剔透的“冰雪五環”，萌態可掬的“冰墩墩”，精彩紛呈的賽事節目，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，一批核心關鍵技術得到攻克，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，離不開中國高?？蒲袌F隊的助力?？炀o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，打造最環保的冰面

——北京大學 二氧化碳制冷技術

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出的新型制冷劑。這也是冬奧史上第一次采用天然工質二氧化碳制冷技術代替傳統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，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，但實際研發的時候卻面臨著一個又一個關鍵性問題，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，經過了數年的攻關，終于實現了技術突破。最終，用二氧化碳制冷技術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、環保、節能、高效地創造了冬奧歷史。

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的能源替代上都能發揮出很好的作用。

突破“卡脖子”技術，實現“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，天氣是個不穩定因素，且天然雪密度小，重量較輕，滑雪體驗不如質地更結實的人工雪。這時就需要“造雪機”出場了。

然而很長時間以來，打造高質量的冰狀雪賽道都是我國冰雪產業“卡脖子”的技術難點，因為國外在這方面對我國進行了技術封鎖。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成立了相關研究課題組。其中，上海理工大學承擔了課題研究中的大部分實驗內容，主要負責改進造雪機中的核心部件。

人工造雪技術的核心是通過制冷制造低溫環境，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，團隊進行了無數次精細化實驗，模擬了多種地域和溫度條件下的氣候環境，分析了核子器成雪條件、造雪質量、雪晶形態及粒徑分布等隨地域氣候條件及運行參數的變化規律。為了減小風對造雪機產生的影響，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抖。

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

室內滑雪不是夢

——北京理工大學“室內多自由度模擬滑雪訓練系統”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，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合運達體育管理（北京）有限公司研發的“室內多自由度模擬滑雪訓練系統”。這是專門為高山滑雪、越野滑雪等項目提供室內模擬訓練的設備，以提升運動員的專項動作訓練效率。

據項目主要研發人員之一、北京理工大學自動化學院副教授陳振介紹，這套系統包括模擬滑雪訓練平臺、六自由度平臺、運動形態識別與位姿測量系統和用于展示滑雪場景的電子大屏。系統中還內置多種模式，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、偏轉等姿態，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識別與位姿測量系統能記錄運動員的一些關鍵動作，再通過慢鏡頭回放、識別，發現并解決訓練中的問題。

有了這套系統，滑雪運動員就能更方便、更精準地進行室內訓練，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 科技與藝術的視覺盛宴

圖為北京電影學院師生團隊工作現場

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“基于人工智能技術的影像識別跟蹤”和“基于交互引擎技術的實時渲染呈現”兩個核心技術。

科技與藝術要想實現完美融合，需要擁有強大的算力支撐以及經過成百上千次的磨合。據項目負責人、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合英特爾團隊，通過將實時捕捉、交互呈現等多項技術融合，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。學校師生團隊采用實時交互引擎獲取演員的信息后，再按照導演的美術創意需求，將其生成需要的效果，然后無延時地呈現在演員腳下。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，是藝術與視覺技術領域的首創。

（以上圖片均來源于網絡及相關院校官網）