当导航卫星的信号不可用时，洲际弹道导弹要击中目标，就要依赖“惯性制导系统”，里面用到复杂的陀螺仪来跟踪导弹的运动状态、确定方位和导弹所处的位置，非常笨重。科学家将高精度陀螺仪的重量减轻到十几克，变成运动员能直接穿戴的姿态测量装置，可以舒适地配戴在肩膀和其他关节区域。

中国航天科技集团为游泳训练带来的另一项技术是风洞。风洞被用于模拟游泳过程中所受的流场，测试不同技术动作姿态和阻力，为运动员提供科学的参考。戴上姿态测量装置后，游泳运动员被放置在风洞中，他们在逆风中“模拟游泳”时，科学家进行数据跟踪并计算。风洞试验通常用于研发飞机或导弹，但却被中国航天科技集团用于训练游泳和赛艇运动员。东京奥运会上勇夺金牌的中国赛艇队，也在训练中使用了风洞。

训练系统的设备当然重要，但其作用也仅是更好的数据采集。最难的地方在于，如何通过数据分析出这样的结论并提示运动员，这些结论又是否有效，比如：这是你向右呼吸的地方，但你抬头抬得有点太多了。

美国人提高游泳运动员的成绩，也大量使用传感器，而在数据分析上，数学家都参与了进来。从数学上看，当运动员划水时，他们产生的力指向游泳的不同方向。使用线性代数，可以计算每个方向的百分比。由于运动员的身体一直在运动，如何确定力实际上是朝着游泳的方向去的，就是最大的挑战。

数学的用武之地在于，加速度计非常敏感，数据嘈杂，如何平滑数据以抑制噪声，需要深入的数学理论。找出平滑嘈杂数据的正确方法，所需要的复杂数学，这正是美国科学团队的保密技术。

美国数学家肯·奥诺的目标是帮助分析和提高一些美国最佳游泳运动员的表现，其基础也是测量加速度、减速度和阻力。据他介绍，在最初的摸索阶段，条件简陋，他们的做法也显得业余。他用保鲜膜和为追踪鲨鱼设计的加速度计，从海洋技术公司购买设备。借助保鲜膜，他把传感器紧紧地包裹在运动员的腰上。有些游泳运动员太强壮了，保鲜膜无法固定，他就用妻子做的特殊皮带，上面有一个小口袋用来放传感器。一些传感器对光非常敏感。所以不得不制作一些小塑料UV罩来保护它们。

通过高清视频、加速度计和力桨，他记录下运动员的游泳数据。他测试运动员在不同节奏下踢腿时如何游泳，测试他们的灵活性，在完成特定任务后他们有多累，以更好了解他们的能力。游泳测试期间，他会测量运动员的腿、臀部摆动和手在三维空间中产生的力。

高清视频通常每秒只能捕捉24个截图，但每个传感器每秒能提供512个力向量，揭示视频看不到的东西。比如，运动员可能在离泳池端壁三划的地方改变踢腿的执行方式，导致他们浪费时间，但用眼睛是看不到这一点的。

测试能寻找到运动员无缘无故减速的地方。比如，一些运动员在到达端壁执行转身动作的过程中很挣扎，又比如一些运动员可能需要纠正他们的头部位置，因为在水下滑行时他们实际上并不游泳。在奥运会和世锦赛中，比赛可能取决于百分之一秒，这些事都很重要。

科技和数学不会撒谎，也不会让运动员自欺欺人。根据大量的测量结果，在四种泳姿——自由泳、蛙泳、蝶泳和仰泳中，没有任何人的效率超过60%，这听起来似乎不可思议。测量美国奥运选手佩奇·马登划水和恢复时手的路径后，计算发现，她游泳的第一圈中，右手产生的力有59.1%是在推动她向她想去的方向前进，但到了第八圈，只有42.1%的力量在推动她前进。她不仅更累了，而且她的动作执行已经开始瓦解。

佩奇·马登

通过线性代数的知识和洞见，肯·奥诺团队给了佩奇·马登一些如何以不同方式游泳的提示，第二天，在第八圈，她达到了接近50%。一个月后，她游出了个人最好成绩。佩奇·马登获得了2024年巴黎奥运会女子4X200米自由泳接力亚军、女子800米自由泳季军。

基于这些捕捉到的运动数据，美国的科学团队会构建运动员的“数字孪生”，可以理解为复杂系统和过程的数学模型，可以在计算机中模拟运动员在不同条件下的比赛。肯·奥诺团队收集了100多名美国顶级运动员的数千次游泳数据。他们可以把数字孪生的比赛数据与数据库进行比较，进行调整，并组装出运动员应该使用的最佳公式，比如，从跳水开始时踢多少次腿，进入转身时手的位置在哪里，呼吸多少次，又以什么模式。这是为每个运动员量身定制的。

数字孪生之间的模拟比赛，还会树立运动员的信心，数字竞争对手一开始会领先，但后期会放慢速度，运动员会赶上。这会给受训的美国运动员一种额外的自信，好像他们不会输，在他们心中认为，如果我按照那个公式游泳，我就赢了比赛，会一直赢。

不过，据潘展乐说，虽然他距离真正标准的技术还差很多，没想到老外“比我还差”，“他们那种死肌肉没用”。

最后，还应该思考一下，物理手段的科技是否影响了体育竞赛的公平性。

体育竞赛的核心原则之一是公平竞争。兴奋剂的使用打破了运动员之间的自然平衡，并可能对运动员的健康造成严重损害。

物理手段（如运动器材、训练设备、运动服装等）在一定程度上被允许，是因为它们可以被视为运动员训练和比赛的辅助工具，不仅相对容易监管和控制，也没有像兴奋剂那样，直接作用于人体生理机能，而是需要运动员的技能和体能来实现性能提升，符合运动员通过训练和天赋来提升表现的体育精神。

兴奋剂问题一直是游泳项目的争议点，如果说，公众的注意力被化学手段这类科技的“黑暗力量”吸引，更多关注了与之有关的种族歧视、大国博弈、话语争夺等焦点，那么数学、物理手段等科技的“光明力量”，可能处于一个被忽视的战场。

随着算力的发展、人工智能技术的进步，科学方法一定会继续刷新人类速度极限，奥运会也必然成为大国科技竞争的舞台。

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