Khám phá công nghệ ẩn bên trong trái bóng chính thức của World Cup 2022

So sánh với trái bóng ở các kỳ World Cup trước, trái bóng chính thức Al Rihla tại World Cup 2022 tích hợp nhiều công nghệ hiện đại nhất hiện nay.

Bắt đầu từ ngày 20/11, World Cup 2022 đã nhanh chóng trở thành một trong những sự kiện được công nhận với việc áp dụng nhiều công nghệ tiên tiến nhất trong lịch sử của giải đấu này. Trong số đó, công nghệ được tích hợp vào trái bóng chính thức Al Rihla của World Cup 2022 tại Qatar được coi là một điểm đáng chú ý.

Công nghệ 'bí ẩn' bên trong trái bóng chính thức của World Cup 2022

Mặc dù Al Rihla được sản xuất bởi Adidas, các công nghệ bên trong quả bóng được phát triển bởi KINEXON – một trong những công ty hàng đầu thế giới trong lĩnh vực theo dõi hiệu suất của nhiều môn thể thao. Chúng đã được phát triển và thử nghiệm trong sáu năm trước khi nhận được sự chấp thuận của FIFA.

Kết quả của nghiên cứu này là một cụm thiết bị đặc biệt được tích hợp bên trong trái bóng Al Rihla. Với trọng lượng chỉ 14 gram, các thiết bị này thực chất là một cụm cảm biến riêng biệt hoạt động đồng thời.

Thiết bị đầu tiên là cảm biến băng thông siêu rộng (UWB). Nó được sử dụng để cung cấp dữ liệu vị trí với độ chính xác chưa từng có, vượt trội so với Bluetooth hoặc GPS. Dữ liệu thu thập sẽ được truyền trực tiếp để liên tục theo dõi vị trí của quả bóng trong trận đấu.

Thiết bị thứ hai là cảm biến đơn vị đo lường quán tính (IMU) - loại cảm biến được dùng để phát hiện các chuyển động đa dạng của một vật thể trong không gian.

'Mặc dù cảm biến băng thông siêu rộng giúp chúng tôi xác định vị trí của một vật thể, nhưng cảm biến IMU cung cấp dữ liệu chi tiết về chuyển động trong không gian ba chiều', ông Maximillian Schmidt, người sáng lập và giám đốc điều hành của KINEXON, nói.

Vì thế, mỗi khi trái bóng Al Rihla bị đá, đánh đầu, ném hoặc thậm chí chỉ là va chạm, các cảm biến sẽ thu thập và xử lý dữ liệu một cách nhanh chóng. Dữ liệu này sau đó sẽ được truyền theo thời gian thực từ các cảm biến đến hệ thống định vị cục bộ (LPS), mà bao gồm một mạng lưới ăng-ten được lắp đặt xung quanh sân vận động để thu và lưu trữ dữ liệu ngay lập tức.

Đặc biệt, khi một quả bóng bay ra ngoài biên trong quá trình thi đấu và một quả bóng mới được đưa vào sân để thay thế, hệ thống hỗ trợ của KINEXON sẽ tự động chọn dữ liệu từ quả bóng mới mà không cần can thiệp của con người.

Tuy nhiên, liệu việc tích hợp hệ thống cảm biến bên trong có ảnh hưởng đến tốc độ và quỹ đạo bay của trái bóng Al Rihla so với trái bóng bình thường (không tích hợp thiết bị bên trong)?

Để kiểm tra điều này, Adidas đã thực hiện hàng loạt thử nghiệm khác nhau. Với sự hỗ trợ từ các câu lạc bộ ở các nước như Tây Ban Nha, Đức và Anh, các thử nghiệm mù đã được tiến hành để xem liệu các cầu thủ có thể nhận biết được sự khác biệt giữa trái bóng 'bình thường' và trái bóng được trang bị cảm biến/hệ thống treo.

Đồng thời, một thử nghiệm khác sẽ được tiến hành trong phòng thí nghiệm. Các hệ thống robot sẽ được lập trình để 'đá' bóng ở các tốc độ, độ xoáy và hướng khác nhau. Sau đó, các camera tốc độ cao sẽ đánh giá đường bay của quả bóng, đảm bảo rằng sự hiện diện của cảm biến không gây ra đường bay bất thường.

Kết quả của các thử nghiệm mù quy mô lớn đã cho thấy rằng, các cầu thủ không thể phân biệt được sự khác biệt giữa quả bóng tích hợp cảm biến và quả bóng thông thường.

Ở chiều ngược lại, các cảm biến bên trong quả bóng Al Rihla cũng được lắp đặt theo công nghệ treo do Adidas cung cấp. Công nghệ này cho phép cảm biến nằm ở điểm trung tâm bên trong của quả bóng và giữ an toàn cho nó ở một vị trí nhất quán. Điều này có nghĩa, cụm cảm biến vẫn sẽ hoạt động bình thường sau những cú ra chân cực mạnh của các cầu thủ.

Cực kỳ chính xác

Làm sao chúng ta có thể đảm bảo rằng dữ liệu từ các cảm biến phản ánh một cách nhất quán vị trí chính xác của cầu thủ và quả bóng?

Theo đó, khái niệm cơ bản đầu tiên cần hiểu ở đây là tốc độ làm mới (refresh rate), được đo bằng Hz để chỉ số lần mỗi giây mà một màn hình cụ thể có thể cập nhật một hình ảnh mới.

Video 50Hz tiêu chuẩn, định dạng phổ biến được dùng cho màn hình HD hiện nay, tạo ra hình ảnh mới 50 lần mỗi giây (hoặc 'tốc độ khung hình' là 50 khung hình mỗi giây, thuật ngữ được nhiều người quen biết). Ai đã làm chậm video theo từng khung hình đều biết cảm giác của những khoảnh khắc ngắn giữa mỗi khung hình – đó là độ trễ đầu vào (input lag). Với video 50Hz, độ trễ đầu vào là 20 mili giây trên mỗi khung hình (với video 60Hz, là 16,66 mili giây trên mỗi khung hình).

Với hệ thống cảm biến bên trong quả bóng của KINEXON, dữ liệu được xử lý ở tần số 500Hz. Điều này có nghĩa, độ trễ đầu vào của hệ thống sẽ thấp hơn tới 10 lần so với tần số 50Hz tiêu chuẩn, nghĩa là mọi dữ liệu từ cảm biến sẽ được xử lý nhanh chóng và chính xác với rất ít sai số và độ trễ.

Tuy nhiên, FIFA có tham vọng hơn nữa. Ngoài việc tích hợp các cảm biến bên trong quả bóng Al Rihla, hệ thống camera theo dõi quang học Hawk-Eye – được sử dụng nhiều trong tennis – cũng được áp dụng tại giải đấu. 12 camera Hawk-Eye được đặt xung quanh sân vận động sẽ giám sát cả quả bóng và từng cầu thủ 50 lần mỗi giây. 29 điểm riêng biệt trên cơ thể mỗi cầu thủ (bao gồm cả tay và chân) sẽ được quan sát trong suốt trận đấu.

Ngoài ra, dữ liệu từ cả KINEXON và Hawk-Eye sẽ được xử lý bằng phần mềm trí tuệ nhân tạo, được lập trình để tự động tạo ra cảnh báo khi có tình huống việt vị cho các trọng tài trong phòng video của trận đấu. Thay vì phải thảo luận về tình huống, một quy trình mất thời gian, AI sẽ tự động phát hiện và tạo ra cảnh báo để trọng tài VAR xác nhận. Điều này giúp trọng tài ra quyết định việt vị nhanh chóng và chính xác hơn nhiều so với trước – mục tiêu hàng đầu của FIFA trong kỳ World Cup này.

Phần mềm này còn tạo ra hình ảnh 3D trong các tình huống việt vị để người hâm mộ có cái nhìn trực tiếp và trực quan hơn về quá trình ra quyết định của trọng tài. Đây chính là điểm quan trọng của công nghệ được gọi là 'Công nghệ việt vị tự động'.

Không chỉ vậy, FIFA còn áp dụng Giao thức thời gian chính xác PTP, giúp đồng bộ hóa 2 nguồn dữ liệu từ KINEXON và Hawk-Eye với độ chính xác đến một phần triệu giây, đảm bảo 2 nguồn cung cấp dữ liệu không bao giờ sai lệch.

Tham khảo FIFA.com/Fivethirtyeight/Wikipedia