奧運冠軍使用的小型無線傳感器

在2004年雅典奧運會和2011年大邱世界田徑錦標(biāo)賽上，室伏廣治摘得了鏈球項目的金牌。他旋轉(zhuǎn)身體投擲鏈球的動作就像古希臘雕塑一樣優(yōu)美，就像進入了藝術(shù)的世界。

他不僅是世界頂級運動員，還有另一個身份。那就是分析運動員動作以提高技能和防止受傷的“運動生物力學(xué)”研究者。他還有一項把自己當(dāng)成實驗對象的研究。那就是訓(xùn)練方法的“聽覺反饋法”。目前他正與日本慶應(yīng)義塾大學(xué)研究生院的太田憲（政策與媒體研究科特聘副教授）的研發(fā)小組共同進行實驗。

聽覺反饋法顧名思義就是將運動員身體的運動情況通過外部的聲音實時反饋給運動員的方法。室伏等人所從事的鏈球投擲研究將投擲鏈球時身體旋轉(zhuǎn)的加速情況轉(zhuǎn)換成聲音。放在附近的揚聲器隨著鏈球的旋轉(zhuǎn)，即身體旋轉(zhuǎn)的加速，發(fā)出“嘣……嘣……”的聲音。運動員可以在投擲過程中根據(jù)該聲音檢查加速是否到位等。

體育領(lǐng)域掀起電子革命

在該系統(tǒng)中發(fā)揮重要作用的是安裝在鏈球線部分的小型運動傳感器。該傳感器能夠測量線方向的加速度和旋轉(zhuǎn)方向的角速度。傳感器的測量值無線傳輸給附近的控制器裝置，轉(zhuǎn)換成與測量值相應(yīng)的聲音，由揚聲器傳播出去。

圖1：利用小型傳感器測量運動員的運動

與室伏等人用于測量的小型傳感器為同款的小型傳感器和聽覺反饋用控制器裝置。均由日本LOGICAL PRODUCT公司開發(fā)。

現(xiàn)在，體育界掀起了可謂“電子革命”的變化。室伏的嘗試只不過是其中的一個例子。智能手機等便攜終端的快速普及已開始為過去一直蒙著神秘面紗的運動員身體動作量化作出貢獻。

過去，檢測運動員動作的實驗大多采用昂貴的大型裝置。比如，在身體各部位佩帶反射光的標(biāo)記物以拍攝動作的動作捕捉裝置及采用內(nèi)置的應(yīng)變儀和壓電傳感器測量運動時施加在地板上的力的測力板。

現(xiàn)在，能測量加速度、角速度及位置等的帶有無線通信功能的小型運動傳感器在該領(lǐng)域即將全面普及。小型傳感器的優(yōu)點是只需戴在身上即可實時捕捉動作。測量場所便可以由特殊的“實驗室”改為進行實際訓(xùn)練和比賽的“運動場”。日本慶應(yīng)義塾大學(xué)的太田憲指出：“隨著傳感器小型化、無線通信技術(shù)發(fā)展以及智能手機和平板終端的普及，越來越多的新訓(xùn)練方法得以實現(xiàn)。意義重大”。

與頂級運動員同步，普通體育愛好者之間也在推動體育數(shù)字化。最近1年，美國耐克及德國阿迪達(dá)斯等知名體育用品廠家正致力于體育用品“數(shù)字化”。頂級運動員和體育愛好者正在共同催生“數(shù)字體育”新市場。

室伏等人在實驗中所采用的運動傳感器的開發(fā)企業(yè)位于福岡市，是已成立18年的日本LOGICAL PRODUCT公司。該公司主要開發(fā)無線及傳感器相關(guān)技術(shù)。20多名員工大部分是技術(shù)人員。

一直開發(fā)橋梁監(jiān)視用傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等的LOGICAL PRODUCT公司涉足體育領(lǐng)域源于一個偶然的機會。那是在2008年。正在尋找具有無線功能的運動傳感器的太田憲在展會上發(fā)現(xiàn)了該公司的無線模塊。該公司正好也在探索該模塊的用途，太田憲的一席話“人體運動測量領(lǐng)域有需求”正中該公司的下懷。

LOGICAL PRODUCT代表董事社長y卓則回憶說：“太田跟我說‘想要既便宜又耐摔的小型傳感器’。我當(dāng)時覺得很難實現(xiàn)”。“但又覺得挑戰(zhàn)新領(lǐng)域很有意思”（y卓則）。

2009年底制成的首款小型傳感器外形尺寸為55mm×40mm×20mm。后來還開發(fā)出了體積大約減半至40mm×30mm×20mm的產(chǎn)品。是一款9軸運動傳感器，采用了2.4GHz自主協(xié)議的無線通信技術(shù)，并分別內(nèi)置了3軸的加速度傳感器、角速度傳感器及地磁傳感器。最新款配備了16bit的A-D轉(zhuǎn)換功能，能夠以1k采樣/秒的速度測量數(shù)據(jù)。