科技助跑體育 （2002年22期）

(一)
在當今的體育競技中，所有運動項目的紀錄都在不斷地被刷新，人類的成績極限被不斷地推進，但人體的極限還能向前走多遠？靠什麼造就明天的冠軍？
體育運動基礎項目的種種要素都源於簡單的進化需要，即：行走、奔跑、跳躍、游泳和投擲等。所有的現代運動項目都可以追溯到這些技能。
冠軍們首先必須具備這些能力，同時還需要有體質、技巧和心理素質。
現在，科技又使他們如虎添翼。要成為最優秀的運動員，所有這些都必須同時具備。在1972年的慕尼黑奧運會上，馬克斯皮茨成為世界上最耀眼的明星，一舉奪得7枚金牌。但今天，他的任何一枚金牌的成績都不具備入選美國奧林匹克隊的資格。
馬克斯皮茨在其運動生涯中曾26次打破世界紀錄，但他的紀錄沒有一項保持到今天。
這是游泳運動員巴勃羅莫拉萊斯。莫拉萊斯是巴塞羅那奧運會金牌得主，曾經是蝶泳世界紀錄保持者。莫拉萊斯比斯皮茨更專業化，速度更快、體力更強，這源於人們對於游泳體能需求的新理解。 在斯皮茨的時代，游泳運動員總是在游泳池內刻苦訓練，長距離大運動量地游泳。
巴勃羅每天的訓練時間為6小時，但多數時間是在游泳池以外，騎自行車或者在健身房鍛鍊。
“今年的訓練和往年一樣，是做出正確的訓練安排——將有氧訓練和無氧訓練相結合。”
在斯皮茨運動生涯的頂峰時代，人們對這種綜合訓練的優點知之甚少。
無氧訓練鍛鍊的是短距離衝刺的爆發力，使肌肉變得更強壯。
有氧訓練則是通過改進呼吸方法來增強耐力。
各種不同的運動項目對於兩者的要求各不相同，將有氧和無氧訓練相結合稱為交叉訓練，精心設計的交叉訓練是培養現代游泳冠軍的基本要求。現在，單靠游泳技巧已經不夠了。
“我曾在美國奧林匹克訓練中心的水槽裏作過測試。根據他們得出的數據，我的游泳姿勢在所有做過測試的人中是最好的，甚至比今天的運動員還要好，而我比他們年長20歲。如果單從這一點來看，我本該是今天的世界冠軍。”
“我們在水槽裏給馬克做測試時，知道他的技術要好于當時世界上的任何人。直到今天他仍然擁有這些技術優勢。所不同的是他的體能：他沒有現在最優秀的游泳運動員那樣的力量，那樣強壯。他的衝刺能力比我們目前最優秀的游泳選手遜色。所幸的是，那些需要遊得快和需要速度的運動項目，首先需要的是天賦和遺傳基因。所以，以馬克的天賦，如果有我們今天所掌握的訓練技術，你很難想象他能遊多快！”
與20年前不同的是，游泳技巧現在只是游泳的要素之一。
但對於某些運動項目來説，技巧仍然是決定性因素。這裡是澳大利亞體育學院，科學家們正試圖弄清楚在何等條件下技巧會成為運動員獲勝的優勢。
澳大利亞划艇教練請科學家佩吉麥克布賴德解釋：為什麼一個比同伴身材矮小得多的奧運會划艇舵手會成為冠軍隊的關鍵人物。
佩吉採用了一種獨一無二的方法來分析他的技巧：
她設計了對湖上訓練進行監測的系統。她把極小的微型傳感器固定在每一隻槳上，記下每一次划槳的長度和力度。
“船上的信息與傳送器相連，把數據直接傳送給教練和我，並傳送到後面船上的電腦。”
在湖上紀錄下來的數據顯示出的結果令人意外。
這是一個高個子隊員的划船姿勢：他緩慢地達到力量高峰，然後這個高峰又緩慢地下降。曲線以下的區域是他所使用的力量的總和。這是隊中小個子隊員的划船姿式曲線，他加速很快，力量峰值不如高個子隊員，但卻能保持更長的時間。
他們測量了曲線下的區域也就是小個子隊員的力量總和，結果顯示出小個子隊員的划船力量總和與其它隊員完全一樣。佩吉把她的發現告訴了教練。
“我們發現小個子隊員划船實際上效率非常高，因此他能夠非常有效地利用自己的能力，發揮最大的優勢。”
基於這一新的發現，澳大利亞教練如今可以選擇那些具有互補技術的划艇隊員組成划艇隊，以取得更好的成績。
佩吉的分析顯示出：在划艇項目中，技術可以彌補體力不足從而獲得冠軍。

（二）

1992年的奧運會給人們了解和改進現代體操帶來了激動人心的時刻。科學家們第一次被請去分析比賽進入高潮時體操選手的比賽實況。
電腦記錄下美國體操選手特蘭特迪納斯那次令他終生難忘的賽場表現。
這是巴塞羅納市中心巨大的蒙迪瑞體操館，體操比賽在這裡進行。
科學家們獲准在每個比賽項目開始前1小時繪製出2500米的比賽場地的地圖。在體操館四週同時架設多臺攝像機進行拍攝。通過這種方式獲得的信息可以使電腦把賽場情況製作成三維網格。
前奧運會運動員，現為科學家的菲爾奇塔姆將分析特倫特在男子單杠決賽中的表現。
“作為生物力學研究人員，這是不可多得的機會。我們可以在奧運會上進行實地拍攝並將拍攝結果數字化，形成三維圖像，不僅使研究人員可以科學地加以利用，而且還能夠讓公眾通過電視看到這些圖像。”
來自西班牙的設計人員將菲爾及其同事製作的線條圖像轉變為三維運動圖像。這些科學家們分析了12個不同的奧運項目，使複雜的運動動作細節得到了前所未有的展現。
從訓練的角度看，這種全新的觀察方式提供了許多令人鼓舞的機會。與現實情景不同的是，計算機同時向研究人員提供了來自各個角度的畫面。
在某些情況下，那些幾乎不可能獲得的高度、速度和力度數據可以從各個角度得到。在杠上運動項目訓練中，黃箭頭隨著運動員在抓杠、再抓杠、落地等最關鍵動作所産生的力度變大或縮小。
這是20世紀30年代4屆美國高爾夫公開賽冠軍得主鮑比瓊斯的資料片。瓊斯是美國最優秀的高爾夫運動員之一。資料片顯示了動畫分析的新進步。通過花很大力氣用手動方式畫出來的動畫線來分析運動線路，可以揭示出他的擊打動作在空中的模式。這種分析方法現在被稱為生物力學。
今天，電腦技術的運用為我們研究運動技術提供了前所未有的機會。在巴塞羅那，科學家們把卡爾劉易斯的跳遠技術與邁克鮑威爾的技術進行了比較，發現他們的姿勢有所不同，正是這一點使劉易斯獲得了優勢。跳遠的最好方法是起跳時速度快，身體成一條直線。黑頭髮的劉易斯跳得很直，而從後面看去，邁克鮑威爾身體在空中有些扭曲。彎曲身體再加起跳時速度稍慢，所以，鮑威爾只獲得了銀牌。
過去70年來跳遠的基本技術一直沒有大的改變。
但是有一個人大大改變了跳高和撐桿跳技術。
跳高的方法過去一直只有直跳式。但在1968年墨西哥奧運會上，迪克福斯貝利採用了一種新的跳法。
他的翻身一躍震驚了所有人。他彎曲著身體躍過橫竿，奪得了金牌並且創下了世界紀錄，而且新紀錄比原紀錄整整高出6厘米。
通過進行生物力學分析，人們明白了為什麼技術上的這種驚人改變會産生如此巨大的效果。
用舊的跳高和撐桿跳方法，運動員必須在同一時間讓身體所有的重量都躍過橫竿，這當然很困難。而福斯貝利的背越式跳高的秘密在於運動員身體彎曲，這樣身體的重量是分階段過竿的。比如，在這一時刻是頭先過去，身體和腿在下面……現在腿在竿上成曲線，而頭已經在向下了。這是跳高技術上的一個重大發明，可以讓運動員更有效地利用力量，跳得更高。撐桿跳運動員謝爾蓋布勃卡運用這種技術把打破世界紀錄變得易如反掌，在自己的運動生涯中30次打破世界紀錄。自從福斯貝利之後，跳高世界紀錄被提高了20多厘米，撐桿跳紀錄更是提高了近75厘米，而且看起來動作更加優美。
創造紀錄一直是體育比賽的驅動力。傑西歐文斯在打破紀錄方面一直被人們津津樂道。
1935年，傑西歐文斯在45分鐘內創造了6項新的世界紀錄。
從那時開始，世界紀錄以令人吃驚的速度紛紛被打破。
這些永無止境的進步原因在哪兒？
在美國加利福尼亞大學，研究人員正在分析這些紀錄。
“如果讓我説出促成這種進步的最重要的因素，我想應該是參與這些體育項目的人種範圍擴大了。
“因為參與的人種範圍越大，就越有可能出現符合某一項目固有的遺傳學生理要求的運動員。應該説，在20世紀初，從事體育運動的並不是體育精英，而是社會和經濟精英。我的意思是説，參與體育運動的主要是美國東北部那些著名大學裏的人和牛津、劍橋大學的人。他們有時間訓練，有體育愛好。所以，我們看到，當時的世界紀錄都是那些人創下的。
“後來，參與體育競技的社會和經濟階層擴大了，地域也擴大了，更重要的是，不同種族背景的人都參與其中。人員範圍擴大，競技水平自然也就提高了。”
這種競技水平的提高從男子項目來説開始於20世紀30年代，而女子項目則更晚一些。越來越多才華各異的女性參與競爭，目前她們 的成績提高速度是男子的一倍。女性正在追趕上來。是否在任何項目都追上，人們意見不一。但1980年，格裏菲斯喬伊娜將女子百米成績提高了半秒之多，達到11秒以內。
今天，一名運動員必須對自己的項目專心致志。
正是現代運動員強壯的胸肌和臂力讓馬克斯皮茨再現輝煌的願望無法實現。
每一個項目都有不同的體質要求。
女子體操運動員年齡要在十幾歲，身體要象橡膠一樣柔韌。
鉛球運動員手臂和腿部要有力，這樣才能把16鎊重的鉛球推到23米開外。
手臂肌肉的爆發力要能使網球發球速度達到每小時222公里，或者把標槍擲到100米開外。
自行車運動員的大腿力量要達到每小時騎速超過241公里。
今天，要成為最好的運動員就必須有自己的特長，而且按照項目的需要來鍛鍊身體。

（三）

如果説要想成為頂級運動員要經歷痛苦，那麼，速度和水平下降同樣令人痛苦，特別是因為科技因素導致的速度和水平的下降。20世紀80年代，人們發明了硅材料滑雪服以減輕阻力，但這種滑雪服太滑，後來出於安全原因一直在比賽中禁用。
在洛杉磯奧運會上，安全問題同樣成為一個熱門話題——當時一隻現代化的流線型標槍差一點扎傷一名官員。
國際田徑聯合會要求科學家們重新設計標槍，讓標槍不能飛得太遠。
科學家們獲得了成功。
他們設計的新標槍重量和形狀使它不會飛得太高，投擲起來難度更大。於是科學家與教練、和運動員一起研究如何才能讓新標槍投得和以前的一樣遠。
在美國加利福尼亞大學，法國冠軍斯蒂芬拉波特正在協助蒙特哈伯德教授研究新標槍的飛行特點。與哈伯德教授合作的回報是，拉波特的投擲技術被用來加以分析，這樣他可以知道自己怎樣能投得更遠。
“我們想做的是把投擲時的條件量化，一旦我們知道了這些條件，我們就可以確定標槍能投多遠。
我們採用的是高速圖像分析技術。我們把投擲最初十分之幾秒的圖像拍攝下來。這一系統便自動將標槍上的反射標誌數字化，並在標槍通過視區時在X軸 和Y軸上標出這些點。”
通過對大量投擲獲得的數據進行分析可以發現用什麼角度投擲距離最遠。蒙特哈伯德計算出，如果斯蒂芬能在36度角將標槍投擲出去將有獲勝的最佳機會。
“過去，教練可能會説：‘這樣投得比較遠，看上去很好’，但是他們從來無法説出具體數據，所以，也不是科學的訓練方法。”
國際田聯在設計方面所做的改變是成功的。標槍的投擲距離大幅縮短，但是現在投擲距離又在回升。
這或許是用技術設計贏得勝利的一個成功例證——革命性的半叉蓮花牌比賽自行車。該車是專為英國運動員克裏斯波德曼設計的。它的用途十分單一：只能在轉彎處向內側傾斜的自行車賽車場內使用，其它任何地方都不能用。 前輪直接連在右邊的車把上，所以只能沿著左轉車道騎行。但這種獨一無二令人意外的設計卻獲得了成功——克裏斯在巴塞羅那奧運會上打破了奧運會紀錄，奪得了金牌。
但是，一項好的設計不可能長期保密。
今天，人人都在滑雪競賽中使用長雪橇。這種雪橇是德國人設計的，並使他們在1984年的薩拉熱窩冬奧會上大獲全勝。所以美國隊也想靠技術獲勝，它正在利用新的虛擬技術來提高獲勝機會。
為了在1994年挪威利勒哈默爾冬奧會上奪冠，他們把實驗雪橇與電腦倣真系統相連。根據設計，他們可以完成無數次“真正”的試驗性下滑。電腦會顯示最佳下滑路徑，運動員將沿著這個路徑下滑。而且令人吃驚的是，它可以模擬不同的氣候條件，甚至模擬雪道融化的情況。
有時候技術會走得有些過頭。我們可能不會再看到這樣的比賽了：在1991年的東京，有6個人百米成績在10秒以內，其中4個人跑出了個人最好成績，卡爾劉易斯還創造了新的世界紀錄。如此驚人的成績源於被戲稱為“魔毯”的跑道。它用硬化的多層聚氨酯製成，具有很強的反彈力，所以使那些短跑運動員跑出了自己最好的成績。而且男子100米接力賽的紀錄被打破，在劉易斯和鮑威爾的跳遠雙雄對決中，鮑威爾跳出8.95米的驚人成績。現在這種跑道已經禁止使用。因為任何人在沒有減震的跑道上訓練都很容易受傷。所以，現在對競賽場地的地面做出了新的限制。
不過，也有一些為了獲勝而設計的技術令所有人都感到愜意。象澳大利亞馬拉松運動員羅布德卡斯特利亞等出門時永遠穿著它：這就是最常用的運動裝備——跑鞋。羅布是世界上最優秀的馬拉松運動員之一，15年中曾多次獲得冠軍。他的腳曾經千百萬次猛力踩踏到地上，踩踏的力量是自己身體重量的3倍。每跑一步都會給他的全身傳送一次震動波，撞擊骨頭，破壞血球。在羅布的身體與道路之間便是鞋。
所以，對鞋的要求比對任何其它運動裝備的要求都要高。
鞋顯然可以給腳提供緩沖和引導，有助於保護運動員。但運動鞋能否幫助提高運動員的競技水平目前還是一個熱烈討論的話題。加拿大卡爾加裏人類技能實驗室的研究結果令人意外。
“我們得出了一個十分有意思而且前所未有的結果：從氧氣的使用量來分析，與赤腳相比，穿上運動鞋時的氧氣消耗量要多出3%—5%，而氧氣消耗量是能量消耗的指標。所以，在馬拉松比賽中，3%—5%就相當於2-4分鐘的時間。這簡直令人難以置信。”
顯然，鞋本身消耗了本來有助於運動員向前的能量。此外，鞋的重量也是它的一個缺點。
目前的挑戰是用更輕的材料製造出能起緩衝作用同時能消耗更少能量的鞋。如果這種鞋在羅布的運動生涯的高峰時代出現，那麼他在波士頓創下的馬拉松紀錄的成績還可以提高幾分鐘。
“體育科學可以使運動員發揮更大的潛力。總而言之，40年前，運動員們只能將自己的潛力發揮到80%。現在有了新的訓練技術和知識，他們的潛能或許可以發揮到90%。我想我們大多數人看到這一點，會對我們人類自身所能取得的成績感到吃驚，而且正因為如此，也相信我們會走得更遠。”
20世紀，我們已經看到人類的運動水平不斷提高。那些似乎無法達到的高度、距離和時間，現在都一一達到了。展望體育的未來，有了科學技術的幫助，人類打破自已紀錄的潛力似乎沒有止境。隨著不斷有人做到更快、更高、更強，體育不斷帶給我們喜悅，運動員們也不斷地向人類運動極限發起著衝擊。

（完）