世界杯揭幕战:带“芯片”的智能足球亮相!背后藏着哪些技术原理?

北京时间今日零时,2022年卡塔尔世界杯正式开幕!揭幕战上,厄瓜多尔队以2:0的比分击败东道主卡塔尔队,取得本届世界杯的首场胜利。本场比赛后,世界杯东道主首战不败的纪录就此作古,这一消息也引发足球圈里热议。

值得注意的是,本次世界杯赛场内外的科技也看点十足,其中许多技术都是世界杯历史上首次使用。此次世界杯重大亮点之一就是比赛用球,这也是自世界杯足球赛举办以来,上“最快速”的装载芯片的智能足球!

内置中央“芯片”

精准记录足球运动数据

资料显示,2022年卡塔尔世界杯比赛用球命名为“旅程”( 阿拉伯语:AL RIHLA )。为何称其为“最快速”的足球,原因是它与往届世界杯用球相比重量更轻,可以在空中保持更快的飞行速度。这样的好处在于,一方面能够让足球飞得更快,守门员难以防守情况下,进球率能够得到提升,也可以大幅提高比赛的观赏性。

“旅程”的球面由20个SPEEDSHELL模块组成,同时采用了三角形状和弯折设计,降低了足球在空中运行的风阻系数。除此之外,通过表面内嵌式的设计细节,“旅程”设计者大大提升了足球飞行的稳定性。当然这些都是涉及到材料学、力学方面的学识,在本文中我们更想跟大家聊一聊,“旅程”装载了智能芯片所带来的重要意义。

据悉,“旅程”应用了创新技术系统——CTR-CORE,即在足球内部植入一枚中央芯片,其能够以500次/秒的速度记录足球运动相关数据。


(资料源自央视新闻/硬核看板/卡塔尔世界杯官网)

类似的技术实际上在篮球、网球等运动中早有应有,不过这还是第一次被用在足球上。据了解,CTR-CORE的技术原理类似陀螺仪的芯片,可以充分记录足球的初始速度、运行速度、运动角度等数据,尤其是在足球作为一项对抗极为激烈的运动项目,如何让芯片具备更好的稳定性和记录运动轨迹的精准性,技术难度并不小。

查阅资料了解到,足球的重最约为396-453克,足球运动员踢球时,造成的球速约为60-120公里/小时,若按照80公里/小时的球速算,其撞击力相当于116公斤。如果是大力踢球,其撞击力可达到200公斤。通过力量测定器测定,世界上一个杰出的运动员一脚有力的射门,力量可达到1200公斤。

在这种情况下,芯片如何固定在足球中呢?除了本身必须具备优秀的抗震性能以外,通过在“旅程”内胆中使用多个连接柱,设计者将芯片固定在球体中心的囊壳中,从而保证了球的平衡性不受影响。

笔者注意到,CTR-CORE中除了中央芯片以外,还有一个悬挂系统,上面搭载了惯性500Hz运动传感器( IMU ),可以将比赛期间收集到的高精度的运动数据发送到视频助力裁判的画面中,以帮助主裁判作出更合理的决定。


(资料源自央视新闻/硬核看板/卡塔尔世界杯官网)

据了解,采用这种新技术可以非常精确地检测踢球点,通过结合肢体和足球的跟踪数据并应用人工智能,新技术向视频操作室内的视频裁判提供自动“越位”警报。

当然,这项新技术也不仅仅依靠足球中的芯片系统就可以实现,还需要搭配全场专用的跟踪摄像头,来跟踪足球和每个球员的多达29个数据点,以每秒50次的频率计算他们在球场上的确切位置。收集的29个数据点包括与越位判罚相关的所有肢体。

当足球场上出现难以判罚的“越位”行为时,视频裁判会通过手动检查踢球点和自动创建的越位线来验证提议的决定。这个过程会在几秒钟内发生,这意味着可以更快、更准确地做出越位判断。

在视频裁判和现场裁判确认后,系统将使用完全相同的位置数据点生成3D动画,详细说明球员四肢在球场上的位置。这段3D动画将始终以最佳视角展示越位情况,然后在体育场的大屏幕上播放,还将提供给转播频道,以最清晰的方式通知所有观众。

该足球的设计者之一阿迪达斯指出, 足球运动员基本难以察觉到这样的足球跟普通足球有什么区别,因为这项技术“完全不可见”,CTR-CORE内部也是由电池供电,甚至可以感应充电。

除了芯片

球场上还有这些“黑科技”

实际上,在2018年俄罗斯世界杯上,就用上了嵌入式NFC芯片的植入,它能够大幅提高裁判对球场信息的掌控,使裁判的误判概率大大降低。NFC技术即近场通信( near field communication ),该技术的设备可以在彼此靠近的情况下进行数据交换。这种技术在短距离数据传输上应用十分广泛,比如定位、蓝牙、银行卡闪付功能、电子票等。

除了芯片以外,视频助理裁判技术( VAR )也是近些年足球赛场上的黑科技之一,这项技术将比赛画面与虚拟画面结合,实现高清晰、多角度的即时性画面传输,通过高科技还原比赛细节,实现精准判罚,从此告别绿茵场上的“上帝之手”。

比如本届世界杯首次正式引进半自动越位识别技术( SAOT ),在凌晨的揭幕战中第3分钟,厄瓜多尔队进球,便是经过VAR确认越位所以无效。甚至还有人提出在裁判头部佩戴了动态扫描仪,可以快速判断出球员是否假摔等。

另外一项“黑科技”让球场也能吹空调!要知道,卡塔尔是一个中东沙漠国家,纬度低,就算是冬天气温也很高,而这次卡塔尔为了让球员有更好的竞技状态,甚至斥重金将体育馆建成了伸缩馆,还装上了空调,而且空调还能全自动定向降温。

据悉,降温技术的设计灵感来源于对汽车空调的研究。体育场的降温就像机动车的冷却一样,技术人员在降温技术中使用了相同的工具和原理,但规模更加巨大。这项技术融合了隔热材料与“定向降温”技术——这意味着降温会作用于人们真正出现的区域,使得体育场如同屏障一般,包含一个“冷泡泡”。

值得注意的是,这次世界杯赛事不仅注重“降温”,同时也是颇有温度的一次赛事,为了让卡塔尔世界杯更具包容性和无障碍性,赛事组织者采用了Bonocle、Feelix Palm、感官观赛室等体验感极佳的辅助技术。

比如Bonocle是世界上第一个盲文娱乐平台,可以为视障人士提供了访问数字内容的所有辅助技术,使他们也能像其他人一样尽享赛事;Feelix Palm技术使用电脉冲,通过触觉手掌通信器向视障者传递类似盲文的信息,但不会限制他们的身体运动或听力;还有感官观赛室,可以为患有自闭症或感官处理问题的年轻人提供安全和平静的空间,帮助他们在舒适的环境中享受比赛乐趣。

本届世界杯举办可谓是“壕”无人性,举办经费和参赛奖金共创新高,据悉其筹备以来预计花费了2200亿美元,甚至达到了世界银行披露的2021年卡塔尔1795.7亿美元GDP的1.2倍。

当然,无论世界杯的科技如何发展,其最终目的都是为了让大家有更好的观赛体验,也为了让球员身处更加公平公正以及客观流畅的赛场中,科技助力,享受竞技。

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