要想成为一名世界级的运动员，需要面临很大的身体挑战———次受伤就可能毁掉整个运动生涯。这种情况经常发生在花样滑冰运动员身上。花样滑冰运动员在滑冰时，身体经常遭受重复性劳损。

花样滑冰运动员对物理定律做了惊心动魄的展示。当运动员在一个三周半跳后落地时，他们受到的冲击力相当于自身体重的5~8倍。所以一个重122磅(1磅=0.45千克)的滑冰者在三周半跳后落地时，着地的那条腿将受到610磅～976磅的压力，而他们的身体只有50~125毫秒的时间来吸收这一巨大的力所带来的强烈冲击。

观察高速录像机拍摄的滑冰运动员落地那一刻的影像，你可以看到冲击产生的震荡使他们的腿部肌肉如涟漪般凸起。专业的滑冰运动员在一天的训练中至少要做50个这样的跳跃和落地动作。这些人可不是懦夫啊!运动中受到的冲击在练习中不断重复，会对他们的身体造成严重影响。

莎拉·里奇(Sarah Ridge)是美国杨百翰大学的教授和研究员。她曾是一名花样滑冰运动员，并且一直深爱这项运动。作为一位执教已久的教练，她讨厌看到滑冰运动员受伤，因为一些伤害不仅会毁掉他们的职业生涯，而且会对生活造成长期影响。她说：“应力性骨折这样的伤害通常是重复性冲击造成的。”当骨头一次次经受强大的压力而没有时间恢复时，就导致了应力性骨折。她补充道：“起跳和落地时产生的冲击力还有可能造成髋损伤，如髋臼唇撕裂，这已成为困扰高水平花样滑冰运动员的一个日益突出的问题。”

里奇博士之所以进入生物力学领域，就是“想让滑冰运动有趣又安全，并让它成为一项可以终身从事的运动”。很多滑冰者因为负伤，在30岁前就被迫终止运动生涯。

里奇博士说：“花样滑冰中的生物力学研究起来充满挑战。像冰球运动员、滑雪运动员，他们可以在身上佩带仪器来记录运动过程中身体所受的压力，但花样滑冰运动员不可以。”

“花样滑冰运动员移动迅速，在一片大的区域里做着大幅度的动作。”她说，“一丁点的附加重量(设备设计的关切点)都会改变滑冰者的感觉和表现。”在冰鞋上固定一个几磅重的设备会导致运动员在做三周半跳和高速旋转时完全失去平衡。“冰对技术也不利——电路和电线会被打湿。当我们对视频进行分析的时候，室内溜冰场的灯光也让分析变得困难。”

智能冰刀

直到最近，当计算机设备缩小到微型级别时，研究人员才得以开发出一种叫作“智能冰刀”的产品。智能冰刀是一种常规的滑冰鞋，但是鞋上增设了能够测量冲击力、压力和其他数据的设备。这种鞋足够轻，花样滑冰运动员可以在免受重型设备拖累的情况下完成常规动作。

之前，大多数的冲击力都是在实验室条件下测量出来的。但是，一个人在实验室里穿着冰鞋从一个盒子上跳下来时所受的力和在空中三周跳后着落于冰上所受的力是不一样的。

智能冰刀能利用应变仪来记录运动员在冰上时所受的力，测量冰刀的变形度(或者弯曲度)等。这些测量值能够帮助研究人员探寻新的滑冰技术和冰刀设计，改善滑冰鞋的结构。

研究人员想利用从智能冰刀上获取的信息来设计一种更好的冰鞋，它能够吸收冲击力，减少受伤。

“滑冰者要能利用他们的脚踝。”里奇博士表示，“落地时，如果脚踝的活动范围增大，可以让运动员受到的冲击力减小。但冰鞋往往会限制滑冰者脚踝的活动范围。”因此，随着智能冰刀实验研究的推进，可能会设计出改良版的冰鞋，能够在支撑脚踝的同时给它一定的弯曲空间。

里奇博士从智能冰刀提供的数据里看到了好的东西。她说：“为了获得真实的冰上数据，我们真的经历了很长的过程，我希望能得到滑冰者做更多技巧性动作时的数据。”