橡胶+芯片会是什么?解构藏在足球里的芯技术和球场上的新科技

材料那些事 2022-11-24
3212 字丨阅读本文需 8 分钟

卡塔尔世界杯,爆出大冷门!

沙特阿拉伯在下半场的5分钟时间内连入两球,2-1逆转、爆冷击败阿根廷!

据FIFA世界杯官方微博,赛场上,梅西点射破门,随后阿根廷三个进球被判无效,下半场沙特连进两球,最终逆转阿根廷。

据新浪体育,这是亚洲球队首胜,阿根廷则是1990年之后时隔32年再次在世界杯首秀中失利。

评论区沸腾之余,也有网友注意到:梅西脚下的这枚足球,安装了芯片。

(图为:Al Rihla内置球“芯”;图片来源:Adidas官网)

阿根廷的失利不是本届世界杯第一次出人意料。在昨天,东道主卡塔尔对阵厄瓜多尔的揭幕战刚刚开始3分钟,第一个争议判罚就出现了。一只脚形成的越位,科技最终证明了判罚的精确。

一只装载了高速芯片的高科技足球让赛场上判罚权限由绿茵场逐渐转移向屏幕前。世界杯上的黑科技,中东土豪不只在沙漠中砸出了一片绿洲,也改变了世界杯的赛场生态。在人们感叹“足球的尽头竟是芯片”之时,其实每一届世界杯都有创新技术和现代科技加持,各种传感器、人工智能、先进技术等“黑科技”都让赛事变得更加震撼有趣。

今年的卡塔尔世界杯又有什么“科技感十足”的先进技术?让我们一起来看一看。

1、内置中央“芯片”  精准记录足球运动数据

不断滚动的足球是绿茵场上的目光焦点,但很少有人会注意到小小的足球本身也很有故事。

世界杯早期的比赛用球都是用真皮制成,此前数百年一直如此。真皮足球外层是皮革,内层是一圈橡胶,球很重不说,还有一个很大的问题是吸水。1872年,英国足球协会制定的足球标准中,提到重量时需要特地加上前提“比赛开始的时候”——因为在比赛过程中,皮球吸水后重量可能翻一番。

吸水问题的技术突破一直到1982年才解决。从1970年开始,世界杯的比赛用球有了固定的生产商:阿迪达斯。阿迪达斯在设计制作1982年的世界杯用球时采用了当时最新的防水密封接缝技术,显著降低了吸水性。这是最后一款使用真皮制作的世界杯足球。

此后,足球材质逐渐升级,1986年使用了聚氨酯合成材料,1998年使用了新型复合泡沫材料,到了2014年,工艺已经变得极为复杂,用的复合材料有6层之多:聚氨酯皮面表层、防止水分蔓延的闭孔发泡塑料层、帮助足球迅速恢复原状的表层纤维增强层、增加弹性的开孔发泡塑料层、承受最大压力的第五层和充满空气的内胆。

时间来到2018年俄罗斯世界杯,这届世界杯比赛用球的科技含量已经超出了足球本身,首次在足球里内置了NFC芯片,可以记录运动轨迹、球员射门等比赛细节。

而在2022年卡塔尔世界杯上,比赛用球延续了内置芯片,并且进一步升级迭代,实时收集高精度的足球运动数据,以每秒500次的频率发送数据,交由人工智能系统进行整合分析,一旦检测到越位等犯规,数据将发送给视频助理裁判(VAR),帮助主裁判作出合理、公正、准确的决定。

卡塔尔世界杯引入的“逐梦之旅”(Al Rihla,阿拉伯语意为“旅途”),这是一种全新的革命性足球。

内置的芯片和悬挂系统 ©阿迪达斯官网

据了解,“逐梦之旅”配备了阿迪达斯悬挂系统,其中包含一个惯性测量单元(IMU)传感器,可检测到严重的越位事件。该传感器位于球的中心,每秒钟可将球的数据发送到视频操作室500次,从而可非常精确地检测踢球点,并收集高精度的球运动数据发送给裁判端。

深圳集成电路产业协会秘书长赵滢表示,这个内置传感器所采用的技术是MEMS(微电子机械系统)。“基于MEMS技术可以做出各种加速度计、光学传感器、压力传感器、陀螺仪、湿度传感器、气体传感器”。

类似的技术实际上在篮球、网球等运动中早有应有,但这还是第一次被用在足球上。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。

2、半自动越位技术:更智能的“裁判”

半自动越位识别技术(SAOT)在足坛已经经受了一定的实战检验,在去年于卡塔尔举办的阿拉伯比赛上,这项技术就投入了应用,随后又被引进了欧洲超级杯和欧冠比赛。不过这项技术被正式应用到世界杯赛场,这还是足坛历史上的第一次。

SAOT摄像头和传感器捕捉信号画面 © HYPEBEAST

SAOT作为视频助理裁判技术(VAR)的延伸,除了减少有争议的越位判决,也能缩短判决时间。每座球场顶部将设置12台特制摄像机,以每秒50次的频率发送数据,收集最多29个数据点的数据,并生成3D动画图像,实时判断球员有否涉及越位。

相比此前用视频回放+人工辅助的方式来判断越位,SAOT系统无疑能做到不借助人工的帮助,就精确判断球员越位与否。

3、球场降温技术,智能又舒适

卡塔尔世界杯的球馆也更加舒适和智能。虽然现在是11月份,但卡塔尔的气温依然有可能达到25—30℃左右。为了给运动员和球迷提供更舒适的比赛和观赛环境,球馆采用先进的冷却技术,配合可伸缩的球馆顶棚,让温度可以保持在18~24℃。

体育场附近将有一个能源中心,从那里将冷水通过管道输送到场馆。足球场地四周以及观众席下部都安装有通风口,比赛期间,冷风会源源不断地从通风口推送到场地和观众区。

这个系统主要利用太阳能转化的热能制冷,冷空气通过管道循环至整个球场。该技术是首次使用。本届世界杯的8个体育场中,有7个采用了先进的冷却技术,以保持体育场内凉爽宜人。

4、可持续利用的体育场

作为2022年世界杯的场馆之一的974体育场,可能在世界杯之后就“不复存在”了。

这是因为974体育场是世界杯历史上第一个完全可拆卸的体育场。这个体育馆使用集装箱和模块化钢架搭建,其中974就代表着这个体育馆用了974个可回收的集装箱。

5、科技人文关怀浓厚,让所有人体验赛事的辅助技术

卡塔尔世界杯的人文关怀也十分浓厚,其采用了Bonocle、Feelix Palm、感官观赛室等体验感极佳的辅助技术。

Bonocle: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。

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。

6、用于医疗援助的可穿戴设备

黑科技“黑色背心”

这件有点酷的黑色背心,是一款可穿戴电子设备,这些球衣通过蓝牙工作,能够将检测到的数据发送到基站,以便实时监控穿戴者的生命体征。其设计的初心是希望开发一系列可穿戴电子设备,避免医疗紧急情况。

7、便利的数字设施和APP

赛事组织者希望确保观众始终保持通信畅通。所有场地周边都配备有一种ElPalm凉亭,它带有太阳能电池板供电的风力涡轮机,不仅可为球迷提供遮荫,还可为他们提供USB充电座和WiFi接入。

多哈周围的一系列传感器则将提供实时信息,帮助球迷往返体育场馆。出租车、停车场、地铁系统和场馆出入口的交通信息,都将通过定制的App即时推送,还可以实现在场馆室内的轻松导航。

除了球迷,参加世界杯的运动员也将能够通过一款应用程序(FIFA Player App)深入了解他们的场上表现。每场比赛后,每位球员都可以登录App查看自己在赛场上的表现及其他数据。

此外,卡塔尔首都多哈周围的一系列传感器将提供实时信息,帮助球迷往返体育场馆。出租车、停车场、地铁系统和场馆出入口的交通信息,都将通过定制的App即时推送,还可以实现在场馆室内的轻松导航。

8、绿色交通应用广泛

卡塔尔公开表示,将以打造一场“碳中和”赛事为目标。交通运输方面的绿色、低碳元素十分显眼。

卡塔尔倡导公众绿色出行,公交无疑是首选。1500辆左右中国客车为赛事提供服务保障,其中包括888辆纯电动客车。

2020年,中国宇通公司生产用车成功中标卡塔尔世界杯服务用车项目,加上后续订单,卡方从中国进口了1500台客车。其中,包括888台纯电动客车,这些电车承担起接驳球迷、国际足联官员、媒体记者到球场的任务。

“这是国际大型体育赛事首次大批量引入中国新能源客车,也是纯电动客车首次作为主力服务世界杯赛事,可以说,中国的新能源技术得到了世界认可。”宇通客车卡塔尔服务团队负责人甘绍营自豪地说。

在卡塔尔开车,要经受炎热干燥、强风多沙的考验,对车辆性能提出了严苛要求,中国企业对此进行了充满智慧的“量身定制”。

针对多风沙的天气,团队在整车密封、底盘防护上下足了功夫。纯电动车的电机配备了泥沙防护结构,以提升电机对坑洼、砂石路面的适应,确保电机安全。

动力电池采用液冷系统,在运行和充电中,可将电池温度控制在不超过45℃的理想范围内,这让全生命周期内的电池容量衰减降低了10%,电池拥有了更长续航能力。

车内的空调采用智能温控算法,可自动检测、识别车内外温度变化,动态调整风量,哪怕车外再热,车内依然凉爽。

“噪音小、上档次”,这是乘坐过中国大巴的民众、球迷的评价。

世界杯结束后,这些“中国制造”的纯电动客车将成为卡塔尔公交的重要组成部分。

文章来源: 世界先进制造技术论坛,MetaPost,新华网

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