这个春天，一起向未来

清疏

晶莹剔透的“冰雪五环”，萌态可掬的“冰墩墩”，精彩纷呈的赛事节目，冬奥会上的各种“黑科技”……在新春之际，北京冬奥会成功举办，中国以灿烂悠久的文化底蕴和强大的科技实力向全世界兑现了举办一场高水平的体育盛会的承诺。

北京冬奥会不仅是一场体育盛会，也是一场科技盛会。在筹办北京冬奥会的过程中，科学技术部专门设立了“科技冬奥”重点专项组，批复启动80个“科技冬奥”项目，一批核心关键技术得到攻克，诸多专项科技成果投入赛事运维中，为北京冬奥会和冬残奥会提供了强有力的科技支撑。这些冬奥史上的首创，离不开中国高校科研团队的助力。快紧跟春天的脚步，走进高校看看这些“黑科技”的真面目吧！

变废为宝，打造最环保的冰面

——北京大学 二氧化碳制冷技术

图为张信荣在国家速滑馆指导跨临界二氧化碳制冰机组装备运行

在1.2万平方米晶莹剔透的冰面上，短道速滑项目10次破奥运纪录，这离不开冰面下隐藏的“硬核”制冷技术的助力。在二三厘米厚的冰面下，埋了一层密布的制冷管，管里流动着液态二氧化碳。这就是北京大学工学院的研究员、博士生导师张信荣及团队研发出的新型制冷剂。这也是冬奥史上第一次采用天然工质二氧化碳制冷技术代替传统制冷剂氟利昂制造冰面。

二氧化碳也能制冷？可能有不少同学会发出这样的疑问。其实二氧化碳制冷的原理就是给二氧化碳加压，使其变成液态，让它在管道中流动的时候大量吸热，从而让温度降下来。原理看似简单，但实际研发的时候却面临着一个又一个关键性问题，如“如何控制二氧化碳的‘跨临界”“如何使压缩机保持动力”等。为此，张信荣及团队自2016年接到任务起，经过了数年的攻关，终于实现了技术突破。最终，用二氧化碳制冷技术制造的冰面的温差控制在0.5℃，低于奥组委提出的1.5℃的标准。要知道，温差越小，冰面的平整度和硬度越均匀，运动员滑行速度就能越快，这有利于运动员创造出好成绩。不仅如此，以二氧化碳代替氟利昂，整个制冷过程能做到零碳排放，更安全、环保、节能、高效地创造了冬奥历史。

多年来，张信荣一直都在研究如何把二氧化碳作为一种资源加以利用。他希望，冬奥会成为一个起点，二氧化碳在未来各行各业的能源替代上都能发挥出很好的作用。

突破“卡脖子”技术，实现“用雪自由”

——上海理工大学 造雪机核心突破

图为北京冬奥会场地

滑雪项目是冬奥会上的重头戏，不过你有没有想过：这些雪是从哪里来的呢？靠自然降雪？那可不行，天气是个不稳定因素，且天然雪密度小，重量较轻，滑雪体验不如质地更结实的人工雪。这时就需要“造雪机”出场了。

然而很长时间以来，打造高质量的冰状雪赛道都是我国冰雪产业“卡脖子”的技术难点，因为国外在这方面对我国进行了技术封锁。为了更好地打造冬奥会赛事场地，国家组织各高校和科研机构成立了相关研究课题组。其中，上海理工大学承担了课题研究中的大部分实验内容，主要负责改进造雪机中的核心部件。

人工造雪技术的核心是通过制冷制造低温环境，催化晶核的生成，并以晶核为种子雪晶吸附破碎雾滴成长为雪花。据上海理工大学能源与动力工程学院老师赵巍介绍，在这一年多的研究里，团队进行了无数次精细化实验，模拟了多种地域和温度条件下的气候环境，分析了核子器成雪条件、造雪质量、雪晶形态及粒径分布等随地域气候条件及运行参数的变化规律。为了减小风对造雪机产生的影响，团队成员们需要用手举着挡风板站在冷风机风口前，常常在-15℃的冷风中冻得瑟瑟发抖。

好在，所有的付出终有回报，这些数据对造雪机核子器气水比调配优化提供了有力支撑，也助力北京冬奥会精彩万分的滑雪比赛圆满呈现。

室内滑雪不是梦

——北京理工大学“室内多自由度模拟滑雪训练系统”助力冰雪项目

图为北京理工大学自动化学院研究生体验模拟滑雪训练

如何使滑雪运动员的动作更精准？如何在非雪季进行雪上训练？……这些问题就交给北京理工大学来解决吧！

在北京理工大学自动化学院的一间实验室内，一位研究员正穿戴着传感器装备，站在一副模拟雪橇上，面对着巨大的电子屏上的滑雪场景画面，开始急速左右摆动滑行。这就是由北京理工大学自动化学院联合运达体育管理（北京）有限公司研发的“室内多自由度模拟滑雪训练系统”。这是专门为高山滑雪、越野滑雪等项目提供室內模拟训练的设备，以提升运动员的专项动作训练效率。

据项目主要研发人员之一、北京理工大学自动化学院副教授陈振介绍，这套系统包括模拟滑雪训练平台、六自由度平台、运动形态识别与位姿测量系统和用于展示滑雪场景的电子大屏。系统中还内置多种模式，如运动员可选择“奥运赛道”模式，这时滑台下方的六自由度平台就能模拟出高低、倾斜、偏转等姿态，还原运动员在真实滑行中可能遇到的各种赛道状况。同时，设备上安装的运动形态识别与位姿测量系统能记录运动员的一些关键动作，再通过慢镜头回放、识别，发现并解决训练中的问题。

有了这套系统，滑雪运动员就能更方便、更精准地进行室内训练，再也不用受场地和时间的限制了。未来，北京理工大学还将进一步针对小学生、中学生等群体改造设备，让更多人能以低成本参与冰雪运动。

如影随形，步步“生”花

——北京电影学院 科技与艺术的视觉盛宴

图为北京电影学院师生团队工作现场

在北京冬奥会开幕式上，场上演员的脚下“盛开”出一朵朵晶莹剔透的雪花，与演员们“如影随形”。这如梦如幻的舞台效果吸引了全世界观众的目光。如果你以为这只是一个普通的灯光效果，那就大错特错了，这里面蕴含着“基于人工智能技术的影像识别跟踪”和“基于交互引擎技术的实时渲染呈现”两个核心技术。

科技与艺术要想实现完美融合，需要拥有强大的算力支撑以及经过成百上千次的磨合。据项目负责人、北京电影学院教务处处长兼声音学院院长童雷教授介绍，这是声音学院师生组成的实时交互视频特效团队联合英特尔团队，通过将实时捕捉、交互呈现等多项技术融合，历时半年完成的。具体来说，英特尔团队需要通过人工智能系统捕捉出演员的位置，然后把信息传递给学校师生团队负责的系统。学校师生团队采用实时交互引擎获取演员的信息后，再按照导演的美术创意需求，将其生成需要的效果，然后无延时地呈现在演员脚下。二者的无缝衔接，才成就了这场浪漫唯美的视觉盛宴。这也是世界上首次在超过一万平方米的场地上对超过600名演员进行实时跟踪与互动的表演，是艺术与视觉技术领域的首创。

（以上图片均来源于网络及相关院校官网）