潘展乐"人类做不到"的秘密武器，是科技吗？
► 文 观察者网专栏作者 潘禺
在高强度的兴奋剂检测和“人类做不到”的质疑声中，潘展乐继男子100米自由泳决赛“飞鱼大战”中以46秒40打破由自己保持的世界纪录夺冠后，又在男子4x100米混合泳接力决赛中，分段游出了45秒92的成绩。
潘展乐创造的纪录，不仅是心理与生理上对自我的极限挑战，也是科技进步在体育领域应用的一个缩影。现代竞技体育离不开科技的辅助，从运动装备的减阻设计，到营养补给的精准配比，再到运动数据的科学分析，在这些加持下，一次次不可思议的零点几秒提升，人类可以做到。
Youtube上一位博主分析了潘展乐的游泳，试图尽可能理解潘展乐的成功：
首先注意他是怎么呼吸的，可以看到他的整个头顶都在水面以上，而他的下半部分则完全在水下。慢动作下，当他呼吸时，如果沿着头的侧面画一条线，可以看到一条头线和一条水线，这两条线几乎是平行的，因为他保持一只眼睛在水面上，另一只眼在水下。
从侧面角度还可以观察到他每次划水的距离，划水次数不多，但划水距离都很远，这让他在整个100米的比赛过程中都能保持高效——前50米游了22秒多一点，但后50米仍游出了24秒。要保持这个速度必须要有非常好的划水距离。
分析他的踢水，他的踢水简直像台踢水机器，像涡轮增压、水上摩托，这让他可以游得飞快。强力踢水使他手臂划水、抓水和拉水更加有效。他的踢水力量大到几乎听不到声音。现在看来，潘展乐的秘密武器都是拜他的踢水所赐，踢水不够强力使不出来这招。
对潘展乐的这一招，博主称之为“强力踢水驱动的交替平板支撑”。强大的踢水让他几乎每次划水都能保持悬浮状态，手臂伸展时几乎是暂停的，当他手臂伸展时，踢水让他悬浮在水面上，几乎就像是交替平板支撑。由踢水所驱动的核心稳定性，就像涡轮增压，如果不能这么强力地踢水，他就无法保持手臂的长时间伸展。
跟旁边泳道的选手相比，其他人都是很快就放下手臂进入抓水阶段，而潘展乐有一个非常轻微的停顿。轻微的停顿使他可以在平板支撑中保持一条直线。
这位博主的分析很有价值，为我们理解潘展乐的成绩，提供了一定的理性参照。其实，为了分析运动员的游泳状态，现代科技已经用到了技术高超的装备和高深的数学知识，能发现许多视频里看不到的信息。
潘展乐独特的“秘密武器”，很可能是科学训练的结果。如今，在各类竞技体育中，为了提高运动员比赛成绩，科技手段的应用越来越广泛，游泳运动的竞技已经越来越变成一场科技竞赛。
比如，AI技术被用于赛前训练，通过分析运动员的动作和表现，提供精准的反馈和改进建议。中国国家篮球队利用商汤科技的AI智慧篮球产品进行训练。在跳水比赛中，计算机视觉系统被用来全程追踪运动员的位置，并生成3D图像及入水速度等数据，部分数据直接用于比赛的判罚。
以不断突破人类极限而引起争议的游泳项目来看，科技手段的作用就更明显。游泳运动员已经用上了时髦的AI技术，用AI+VR，通过AI辅助姿态分析和VR模拟赛场环境来提高表现。
而最常见的办法，是使用可穿戴设备来监测心率和运动表现数据。藏在运动员泳帽里的可穿戴设备，可以及时采集运动员每个强度下的心率和运动表现数据，对运动员、教练员以及科研团队更加直观地了解运动能力提供针对性帮助。
中国游泳队的背后就有一支科研团队。从冬训到本届奥运赛前，科研团队已经拍摄了几千个视频研究运动员的表现。除日常工作，驻队人员晚上还要一对一给运动员讲技术、改技术。国家游泳队科研团队发现，国家队很多运动员真正落后并不是在游程上，而是在出发转身，这些在教练员或运动员看来都是不起眼的细节问题。
可穿戴设备的普及，是科技水平进一步提高后，水到渠成的结果。国家游泳队科研团队负责人程燕就表示：“这几年，可穿戴设备越来越小，也给运动员更舒适的穿戴体验，通过设备采集可以精准观察50米、200米、1500米等各个阶段的状态，实时了解运动员的身体反应，为我们及时反馈训练数据，有的放矢帮助运动员了解自身短板、调整状态。”
助力游泳健儿夺金的，还有航天科技。对火箭或洲际导弹上的惯导系统，中国科学家加以了“紧凑”改良，来测量运动员在训练时的各种运动信息，帮助教练团队优化技术动作、减小阻力，提高运动成绩。
一个体育界之外你意想不到的单位，中国航天科技集团，利用其在惯性测量与导航等领域的技术优势，为中国游泳运动员研发了智能测量与数字训练系统。
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。
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。