Jak dane i technika zmieniają sport

źródło: Adobe


Zaczęło się w latach 50., gdy na stadionie Yankee w Nowym Jorku pojawiła się elektroniczna tablica z wynikami. Potem był Cyclops – elektroniczny sędzia liniowy po raz pierwszy wykorzystany na kortach Wimbledonu w 1980 r. – który emitował charakterystyczny dźwięk, gdy piłka trafiała w obszar pola serwisowego. Chwilę później pojawiły się lekkie kamery wideo, które od lat 80. XX wieku, umożliwiają nagrywanie i transmisję wydarzeń sportowych na żywo w telewizji, a teraz także w internecie. Jednak prawdziwy przełom nastąpił w 2001 r. – wtedy to w telewizyjnej transmisji krykieta po raz pierwszy pojawił się Hawk-eye – system wizyjny pozwalający na odtworzenie trajektorii lotu piłki i ustalenie niemal dokładnego miejsca jej upadku. Elektroniczny system, pomagający rozstrzygać kontrowersyjne sytuacje podczas zmagań zawodników, zrewolucjonizował sport i trudno sobie dziś wyobrazić bez niego mecz krykieta, tenisa, piłki nożnej, siatkówki czy starcia szermierzy. Odpowiednikiem elektronicznego oka, tyle że w świecie piłki nożnej, stał się Goal Line Technology (GLT). Sygnalizacja zdobycia gola, która pojawiła się w profesjonalnych rozgrywkach stosunkowo niedawno, bo w 2012 r., jest w stanie precyzyjnie określić położenie piłki i poinformować, czy w całości przekroczyła ona linię bramkową pomiędzy słupkami oraz poniżej poprzeczki i kiedy to się stało.


źródło: Adobe

W jaki sposób? Murawę monitoruje system kilkunastu – zazwyczaj czternastu – kamer, zamontowanych w pobliżu obu bramek. Urządzenia te uzyskują niezwykle dokładny obraz (liczący 1000 klatek na sekundę), który jest następnie przekazywany do oprogramowania nanoszącego ruch piłki na mapę 3D. W precyzyjnym odtworzeniu położenia piłki pomagają lokalizatory, które za pośrednictwem pola magnetycznego sztucznie wytworzonego przez sieć kabli ułożonych pod murawą w polu karnym i w obrębie bramki. Dodatkowo we wnętrzu piłki zamontowany jest sensor-nadajnik, który zbiera dane i przesyła do komputera.
Mariaż sportu i technologii trwa w najlepsze. Możliwość rejestracji wydarzeń sportowych i ich coraz bardziej zaawansowane technicznie transmisje, umożliwiające także precyzyjne rozstrzyganie spornych sytuacji, to zaledwie czubek góry lodowej sytuacji, w których technika wspiera sport. I jest to związek z wzajemnością.

Analityka w rękach sztucznej inteligencji

Właśnie mija dekada, odkąd mogliśmy obejrzeć doskonały amerykański biograficzny dramat sportowy „Moneyball”. Film opowiada historię managera Oakland Athletics, Billy’ego Beane’a, który postanawia zrezygnować z tradycyjnych metod prowadzenia drużyny i posłużyć się nowymi analizami komputerowymi. Mimo niskiego budżetu na prowadzenie drużyny, zespół zaczyna bić wszelkie rekordy sportowe. Analityka i statystyki odgrywały kluczową rolę w sporcie od samego początku, jednak w ostatnich latach ich wykorzystanie wzrosło znacząco. Czasy, w których trenerzy drużyn za pomocą ołówka notowali w zeszytach liczbę podań i strzałów oraz wszystko to, co wydarzyło się na boisku, odeszły do lamusa. Dziś dzięki czujnikom i trackerom GPS, pozwalającym śledzić zawodników na boisku i trajektorię lotu piłki, oraz upowszechnieniu kamer platformy AI mogą precyzyjnie rejestrować ruch sportowców podczas różnych akcji (np. rzutu wolnego czy karnego) w różnych dyscyplinach sportowych. Dzięki temu trenerzy zyskali niekwestionowane wsparcie w analizowaniu możliwości zawodników i ich gry (wraz ze zmiennymi ilościowymi i jakościowymi). Pomaga to im nie tylko opracować lepsze programy treningowe dla zespołów, ale i wywiera znaczący wpływ na strategiczne decyzje podejmowane przed, w trakcie i po meczu. Dzięki wsparciu algorytmów sztucznej inteligencji kluby piłkarskie mogą doskonalić taktykę wyboru zawodników.

AI w piłce nożnej

Nie bez przyczyny Liverpool, obrońca tytułu Premier League, rozpoczął współpracę z brytyjską firmą DeepMind, specjalizującą się w rozwoju sztucznej inteligencji. Naukowcy z obu organizacji próbują wytrenować model AI na danych dotyczących konkretnego zespołu i składu, aby przewidzieć, jak jego zawodnicy zareagują w określonej sytuacji. Czy dzięki karmionym tysiącami danych algorytmom możliwe będzie pisanie scenariuszy zdarzeń na boisku: jeśli środkowy odda strzał z lewej strony pola karnego w prawy górny róg przeciwko drużynie Manchesteru City, to Kyle Walker pobiegnie w określonym kierunku, a John Stones zrobi coś innego? Wszystko wskazuje na to, że jak najbardziej. Niektóre potencjalne zastosowania piłki nożnej zostały ujęte w artykule „Plan gry: co sztuczna inteligencja może zrobić dla piłki nożnej i co piłka nożna może zrobić dla sztucznej inteligencji” opublikowanym w Journal of Artificial Intelligence Research. Możemy się z niego dowiedzieć m.in. o tym, że naukowcy posłużyli się algorytmami sztucznej inteligencji do analizy ponad 12 000 rzutów karnych oddanych w Europie w ciągu ostatnich kilku sezonów, dzięki czemu udało im się podzielić graczy na klastry na podstawie ich stylu gry, a następnie użyć tych informacji do przewidzenia prawdopodobieństwa oddania rzutu karnego i tego, czy zakończy się on strzeleniem gola. Wytyczanie alternatywnych trajektorii ruchu piłki i zawodników, nakładających się na to, co faktycznie się wydarzyło na boisku, mogą być przydatne na przykład do przewidywania konsekwencji zmiany taktycznej lub tego, jak przeciwnik może grać, jeśli kluczowy gracz ulegnie kontuzji.

W goglach popraw swój swing

Zawodników, trenerów i analityków sportowym wspomaga w pracy nie tylko sztuczna inteligencja, ale i rzeczywistość wirtualna (ang. virtual reality). I to od dłuższego czasu. W 2014 roku światowej sławy holenderski menedżer piłki nożnej Louis Van Gall przedstawił Oculus Rift swoim graczom Manchester United, pozwalając im doświadczyć rozgrywek Mistrzostw Świata 2014 z perspektywy innych graczy. Sportowcy korzystają dziś z rzeczywistości wirtualnej, aby poprawić swoje wyniki i wydajność w konkretnym obszarze, np. golfiści pracują w goglach VR nad swoim swingiem, a kolarze torowi nad zwiększeniem prędkości. Trenerzy posługują się tymi zdobyczami techniki do przeglądaniu sesji treningowych i meczów. Systemy trójwymiarowe są niezwykle pomocne w precyzyjnym wskazaniu, które obszary wymagają zmiany – np. biomechaniki czy techniki rzutu. Rzeczywistość wirtualna została również zaprzęgnięta do poprawy wrażeń widzów podczas wydarzeń sportowych. Niektóre systemy pozwalają widzom na spacer po stadionie, co pomaga im przy zakupie biletu np. na mecz. Innym popularnym zastosowaniem VR-u jest produkcja sportowa: rzeczywistości wirtualnej używa się do projektowania odzieży i sprzętu sportowego, np. butów do biegania.

Skarpetka prawdę powie

Ekscytujący rozwój galanterii elektronicznej (ang. wearables), który dziś obserwujemy, miał swój początek właśnie w sporcie. Gadżety te są obecne we wszystkich możliwych formach, rozmiarach i kształtach. Urządzenia te są bezproblemowo wkomponowane w tkaninę odzieży sportowej (koszulek, butów, skarpetek), wbudowane w piłki i kije lub noszone przez sportowców w postaci małych przedmiotów przymocowanych do ciała w pasie, na ramieniu lub w formie opaski na ręce. Łączą się za pomocą Bluetootha i GPS, przekazując trenerom i zawodnikom dane w czasie rzeczywistym, dzięki czemu mogą oni na bieżąco analizować mechanikę ciała, poprawiać wydajność lub tak dostosowywać technikę, aby uniknąć kontuzji lub zmniejszyć wysiłek. Na przykład czujniki ruchu w kijach bejzbolowych firmy Zepp Baseball pozwalają graczom poprawić zamach, a specjalne materiałowe rękawy, naszpikowane sensorami, noszone przez koszykarzy, pomagają w doskonaleniu dynamiki rzutów.


źródło: New Scientist/YouTube

Zainstalowane w nich czujniki przyśpieszenia (pod materiałem, wokół bicepsa i przedramienia) pozwalają analizować ułożenie ciała i ręki podczas oddawania rzutów w czasie rzeczywistym, co umożliwia natychmiastowa korektę ruchu. Z kolei nakrycia głowy, stosowane przez zawodników w boksie są wyposażone w sensory dostarczające informacji o lokalizacji i sile uderzeń.

Więcej techniki, mniej kontuzji

źródło: Adobe

Galanteria elektroniczna dla sportowców jest prawie niewidoczna, niezwykle lekka oraz elastyczna, a jednocześnie trwała i odporna na uderzenia. Jest w stanie dokonywać ponad 100 różnego rodzaju precyzyjnych pomiarów danych biometrycznych, m.in. badać ruch, tętno, oddech, metabolizm, obciążenie stresem, temperaturę ciała, poziom kwasu mlekowego w mięśniach czy stopień nawodnienia organizmu oraz fizyczny wpływ urazu i uderzenia. Pomaga to trenerom wykryć wczesne oznaki kontuzji mięśni, ścięgien i więzadeł oraz zawczasu zobaczyć oznaki przeciążenia wysiłkiem czy potencjalnego wstrząsu lub urazu mózgu i zwolnić z zawodników z dalszej gry.
Jakie znaczenie mogą mieć dane rejestrowane i analizowane w tego rodzaju innowacyjnych urządzeniach pokazuje przykład Zone7, startupu z Doliny Krzemowej. Opracowany przez niego system, wykorzystujący dane i analizy do identyfikacji oraz unikania potencjalnych urazów, zagrażających karierze sportowców, osiągnął 95% trafności w przewidywaniu urazów i był w stanie zmniejszyć potencjalne ryzyko ich wystąpienia o 75%. System był w stanie znaleźć wzorce, które prowadzą do kontuzji lub szczytowej wydajności, dzięki analizie 100 milionów godzin zapisu pochodzącego z wearables, takich jak Garmin Forerunner, Apple Watch oraz urządzeń specjalnie zaprojektowanych dla sportowców do noszenia podczas zawodów. Jak widać, związek sportu i techniki rozkwita z korzyścią dla obu stron. Oczywiście technika – jak to technika – bywa zawodna. Wpadki co i rusz się zdarzają – np. w czasie meczu Bordeaux – Rennes w lidze francuskiej sędzia został poinformowany, że strzelono gola, mimo że piłka znajdowała się po przeciwnej stronie boiska. Jak się później okazało, kamery zidentyfikowały bluzę bramkarza jako piłkę. Z kolei w pierwszym meczu Premier League po wznowieniu rozgrywek – między Aston Villa a Sheffield United nie został uznany gol, mimo, że widzieli go wszyscy łącznie z sędzią. Goal Line Technology zawiódł – siedem kamer ustawionych w bramce, przysłonił bramkarz, obrońca i słupek. Równie wiele kontrowersji budzi również wykorzystanie danych udostępnianych przez sportowców używających galanterii elektronicznej. Dla wielu zawodników jest to pogwałcenie ich prawa do prywatności. Mimo tego rodzaju wątpliwości i wpadek, wspomniana para ma się wciąż świetnie. Rozwodu sportu i techniki nikt nie zamierza odtrąbić.

Bibliografia

Amit Katwala, DeepMind Wants to Use AI to Transform Soccer, serwis internetowy magazynu „The Wired”, [dostęp: 13.08.2021]

Virtual Reality in Sport, serwis internetowy Vrs.org.uk, [dostęp: 13.08.2021]

How Wearable Tech is Transforming a Coach’s Decision-Making, blog Ohio University’s Online Master of Athletic Administration program, [dostęp: 13.08.2021]

Wolfram Klug, A whole new ball game: how data and tech are changing sport, serwis internetowy magazynu „The Guardian”, [dostęp: 13.08.2021]

How is AI Used in Sports, serwis internetowy Medium.com, [dostęp: 13.08.2021]

Adam Zadrożny, Inteligentne akcesoria treningowe dla koszykarzy, [dostęp: 13.08.2021]