Giải mã công nghệ ẩn giấu bên trong quả bóng Al Rihla

World Cup 2022 nhanh chóng được coi là một trong những giải ứng dụng công nghệ bậc nhất trong lịch sử bóng đá thế giới.

Một trong số công nghệ đó nằm bên trong Al Rihla – quả bóng chính thức của World Cup 2022 tại Qatar. So với quả bóng tại các kỳ World Cup trước, Al Rihla tích hợp nhiều công nghệ hiện đại nhất hiện nay.

Mặc dù Al Rihla do hãng Adidas sản xuất, nhưng các công nghệ bên trong quả bóng lại được thiết kế bởi KINEXON – công ty hàng đầu thế giới trong mảng theo dõi hiệu suất của một số môn thể thao. Những công nghệ này đã được phát triển và thử nghiệm trong 6 năm trước khi nhận được chứng nhận đầy đủ của Liên đoàn Bóng đá thế giới (FIFA).

Một cụm thiết bị đặc biệt được tích hợp bên trong quả bóng Al Rihla. Với trọng lượng chỉ vỏn vẹn 14 gram, các thiết bị này thực chất là 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 chuẩn xác chưa từng có, vượt trội hoàn toàn so với Bluetooth hoặc GPS. Số dữ liệu được thu thập sẽ được truyền theo thời gian thực để liên tục theo dõi vị trí của quả bóng trong trận đấu.

Quả bóng Al Rihla.

Thiết bị thứ hai là cảm biến đơn vị đo lường quán tính (IMU) - loại cảm biến dùng để phát hiện các chuyển động sắc thái của một vật thể trong không gian. Ông Maximillian Schmidt - nhà đồng sáng lập và giám đốc điều hành của KINEXON - cho biết: "Mặc dù cảm biến băng thông siêu rộng giúp chúng tôi có được vị trí của một vật thể, nhưng cảm biến IMU cung cấp cho chúng tôi dữ liệu về chuyển động chi tiết trong không gian 3 chiều".  

Vì vậy, bất cứ khi nào quả bóng Al Rihla được đá, đánh đầu, ném hoặc thậm chí chỉ là chạm vào, các cảm biến sẽ thu nhận và xử lý dữ liệu với tốc độ siêu nhanh. Dữ liệu sau đó sẽ được gửi theo thời gian thực từ các cảm biến đến hệ thống định vị cục bộ (LPS), vốn bao gồm hàng loạt ăngten mạng được lắp đặt xung quanh sân vận động để nhận và lưu trữ dữ liệu tức thời.

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 phụ trợ của KINEXON sẽ tự động chọn dữ liệu đầu vào của quả bóng mới mà không cần sự can thiệp của con người.

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

Để kiểm chứng điều này, Adidas đã thực hiện hàng loạt thử nghiệm khác nhau. Với sự giúp đỡ của các câu lạc bộ tại nhiều quốc gia như Tây Ban Nha, Đức và Anh, các thử nghiệm đã được triển khai nhằm xác định liệu các cầu thủ có thể phân biệt sự khác biệt giữa bóng bình thường và bóng có gắn thiết bị cảm biến hay không.

Song song với đó, một thử nghiệm khác được tiến hành trong phòng thí nghiệm. Các hệ thống robot 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 tạo ra đường bay bất thường.

Kết quả thử nghiệm cho thấy các cầu thủ không thể nhận ra 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.

Với hệ thống cảm biến của KINEXON bên trong quả bóng Al Rihla, 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, tức mọi dữ liệu thu được từ cảm ứng sẽ được xử lý nhanh chóng và chính xác với rất ít sai số và độ trễ.

Ngoài việc tích hợp các cảm biến bên trong quả bóng Al Rihla, hệ thống camera theo dõi quang học Hawk-Eye - vốn được ứng dụng nhiều trong bộ môn tennis – cũng được sử dụng tại giải đấu. 12 camera Hawk-Eye được thiết lập 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 chân) sẽ được chú ý trong suốt trận đấu.

Bên cạnh đó, dữ liệu từ cả KINEXON và Hawk-Eye sẽ được xử lý bằng phần mềm trí tuệ nhân tạo, vốn đã được lập trình để tự động đưa ra cảnh báo khi xảy ra tình huống việt vị cho các trọng tài trong phòng video của trận đấu. Thay vì các trọng tài phải thảo luận tình huống với nhau, AI sẽ tự động tạo cảnh báo để các trọng tài VAR có thể xác nhận. Như vậy, tổ trọng tài đưa ra các quyết định việt vị không chỉ có độ chính xác cao mà còn nhanh hơn nhiều so với trước đây – ưu tiên chính của FIFA trong kỳ World Cup này.

Phần mềm này cũng 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 các "Vua áo đen". Đây chính là điểm mấu chốt của công nghệ mang tên "Công nghệ việt vị bán tự động".

Ngoài ra, FIFA cũng ứng dụng Giao thức thời gian chính xác PTP, cho phép đồng bộ hóa 2 nguồn dữ liệu từ KINEXON và Hawk-Eye với độ chính xác đến một phần triệu giây, đảm bảo hai nguồn cấp dữ liệu không bao giờ sai lệch với nhau.

• World Cup 2022 dùng trái bóng đặc biệt nhất lịch sử nhưng sẽ là "ác mộng" với thủ môn
• Thiết kế quả bóng World Cup dưới góc nhìn vật lý
• Điều gì khiến World Cup 2022 trở nên "độc nhất vô nhị"?