Read Time:15 Minute

ഡോ. പ്രശാന്ത് ജയപ്രകാശ്

ഫിസിക്സ് അധ്യാപകൻ

—

ഈ ലോകകപ്പിന്റെ മാത്രം സവിശേഷതയാണ് Al-Rihla എന്നും Al-Hilm എന്നും പേരിട്ടിരിക്കുന്ന ഇലക്ട്രോണിക്ക് ബോളുകൾ. ക്വാട്ടർഫൈനൽ വരെ ഉപയോഗിച്ചിരുന്നത് Al-Rihla എന്ന ബോളാണെങ്കിൽ, സെമീഫൈനൽ, ഫൈനൽ മത്സരങ്ങളിൽ ഉപയോഗിക്കുന്നത് Al-Hilm എന്ന് പേരിട്ടിരിക്കുന്ന ബോളാണ്.

ഉറൂഗ്വേക്കെതിരെ ക്രിസ്റ്റ്യാനോ റൊണാൾഡോ പോസ്റ്റിലേക്ക് തൊടുത്തത് അദ്ദേഹത്തിന്റെ ഗോളല്ലെന്ന് റഫറി പറഞ്ഞത് വിവാദമായത് എല്ലാവരും ശ്രദ്ധിച്ചിരിക്കും. ഈ ലോകകപ്പിൽ പ്രേക്ഷകരാരും പ്രതീക്ഷിക്കാത്ത പല നിലപാടുകൾ പലതവണ മാച്ച് റഫറിമാർക്ക് എടുക്കേണ്ടിവന്നിട്ടുണ്ട്. ഈ തീരുമാനങ്ങൾ എടുക്കുന്നതിന് പുറകിൽ ബോളിൽ ഉപയോഗിച്ച സാങ്കേതികവിദ്യക്കും പങ്കുണ്ട്. പലതരം സാങ്കേതികവിദ്യകൾ സമന്വയിപ്പിച്ച് നിർമ്മിച്ച ആ ബോളിന്റെ ശാസ്ത്രീയതയിലേക്ക് ഒരന്വേഷണം നടത്തിയാലോ ..

എല്ലാ മേഖലകളിലും ഡാറ്റാ അനാലിസിസിന്റെ സാധ്യതകൾ ഉപയോഗപ്പെടുത്തി തുടങ്ങിയ കാലത്ത് ഫുട്ബോളിലും അതിന്റെ സാധ്യത സൂഷ്മതലത്തിൽ ഉപയോഗപ്പെടുത്താനുള്ള തുടക്കമാണ് ഈ ലോകകപ്പിലൂടെ ഫിഫ ചെയ്തത്. “സഞ്ചാരം” എന്ന് അർത്ഥം വരുന്ന അറബി വാക്കാണ് Al-Rihla ക്കുള്ളതെങ്കിൽ, “സ്വപ്നം” എന്നാണ് Al-Hilm സൂചിപ്പിക്കുന്നത്. Inertial measurement unit (IMU) എന്ന സാങ്കേതികവിദ്യയാണ് ആ രണ്ട് ബോളുകൾക്കുള്ളിലും ഘടിപ്പിച്ചിരിക്കുന്നത്. ആളില്ലാത്ത വിമാനം, ബഹിരാകാശ വാഹനങ്ങൾ, കൃത്രിമോപഗ്രഹങ്ങൾ, റോബോട്ടുകൾ തുടങ്ങി പുതുതലമുറ വാഹനങ്ങളിൽ വരെ ഉപയോഗിക്കുന്ന സാങ്കേതിക ഉപകരണമാണ് IMU.

ബോളിന്റെ ഓരോനിമിഷത്തെയും ഡാറ്റ പിടിച്ചെടുക്കുന്ന IMU, കളിക്ക് ഒരുവിധത്തിലും തടസ്സമാവാത്ത രീതിയിൽ ബോളിനുള്ളിൽ ഒളിപ്പിച്ചുവച്ചിരിക്കയാണ്. റീച്ചാർജ്ജ് ചെയ്യാൻ കഴിയുന്ന ബാറ്ററിയുടെ സഹായത്തോടെയാണ് ഇത് പ്രവർത്തിക്കുന്നത്.

എന്താണ് Inertial measurement unit?

പല ഉപകരണങ്ങളുടെ സ്വഭാവ സവിശേഷതകൾ ഉൾച്ചേർന്ന ഒരു യൂണിറ്റാണ് IMU. കളിക്കാരൻ ബോൾ കിക്ക് ചെയ്യുമ്പോൾ ബോളിന് ത്വരണം (acceleration) അനുഭവപ്പെടും. അത് മനസ്സിലാക്കാൻ Accelerometer അവശ്യമാണ്. കറങ്ങിവരുന്ന ബോളിന്റെ വേഗത (angular velocity) മനസ്സിലാക്കാൻ Gyroscope എന്ന ഉപകരണവും ആവശ്യമാണ്. ഇതൊക്കെ കൂടിച്ചേർന്ന യൂണിറ്റാണ് IMU. ഇത് നേരിട്ട് ഉപയോഗിക്കുകയല്ല ബോളിൽ ചെയ്തിരിക്കുന്നത്, പകരം Accelerometer ന്റെയും Gyroscope ന്റെയും പ്രവർത്തനതത്വങ്ങൾക്കനുസരിച്ച് പ്രവർത്തിക്കുന്ന IMU സെൻസറുകളാണ് ഇതിൽ ഉപയോഗിക്കുന്നത്.

എന്താണ് ജൈറോസ്കോപ്പ് (Gyroscope) ?

പമ്പരം കറങ്ങുന്നത് ശ്രദ്ധിച്ചിട്ടുണ്ടോ? അത് കറക്കിവിട്ടാൽ കറക്കം (spin) തീരുന്നതുവരെ അത് നിവർന്നുനിൽക്കും. കൂടെ ആ പമ്പരം നിലത്ത് ഓടിനടക്കുന്നതായും കാണാം. കറക്കം കഴിഞ്ഞാൽ മാത്രമാണത് താഴെ വീഴുന്നത്.

നമ്മുടെ ഭൂമിയും സ്വന്തം അക്ഷത്തിൽ കറങ്ങിക്കൊണ്ട് സൂര്യനുചുറ്റും കൃത്യമായ പാതയിലൂടെ സഞ്ചരിക്കുന്നതു കാണാം. ഒരു പാതയിലൂടെ മാത്രമായി സഞ്ചാരം തുടരണമെങ്കിൽ കോണീയ ആക്കം ( angular momentum) സംരക്ഷിച്ചുകൊണ്ട് മാത്രമേ സാധ്യമാവുകയുള്ളൂ. സൂര്യനും ഭൂമിയും തമ്മിലുള്ള ഗുരുത്വാകർഷണ ബലമല്ലാതെ പുറത്തുനിന്നുള്ള ഒരു ബലവും അവിടെ സ്വാധീനം ചെലുത്താത്തിടത്തോളം ആ പാത തുടരുമെന്ന് നമുക്കറിയാം. ഇതാണ് ന്യൂട്ടന്റെ ഒന്നാം ചലന നിയമത്തിന്റെ ഭാഗമായി നാം മനസ്സിലാക്കിയിട്ടുള്ളതും. ഇങ്ങനെ കൃത്യമായ ഒരു അക്ഷത്തിലൂടെ സ്വയം കറങ്ങിക്കൊണ്ടിരിക്കുന്ന ഒരു disc നെ സlങ്കൽപ്പിക്കാൻ കഴിയുമോ? അതിനെ നമുക്ക് ജൈറോസ്കോപ്പെന്ന് പറയാം. ഒരക്ഷത്തിനെ കേന്ദ്രീകരിച്ചുള്ള കറക്കം നിലനിർത്തുന്നതുകൊണ്ട് ഗുണമുണ്ട്, ഒരു ഉദാഹരണത്തിന് വിമാനത്തിൽ ഒരു ജൈറോസ്കോപ്പ് സെൻസർ ഘടിപ്പിച്ചെന്ന് കരുതുക. എന്തായിരിക്കും അതിന്റെ ഗുണം? വിമാനത്തിന്റെ കോണീയമായ ഏതൊരു സ്ഥാനമാറ്റവും മനസ്സിലാക്കാൻ കഴിയും. സെൻസറുകൾ ജൈറോസ്കോപ്പിലുണ്ടാവുന്ന ഏതൊരു വ്യതിയാനവും ഒപ്പിയെടുക്കുന്നു, ശേഷം ഗതിയിൽ വന്ന ഏതൊരു മാറ്റവും തിരുത്താനുള്ള സന്ദേശം കൺട്രോൾ യൂണിറ്റിലേക്ക് നൽകുന്നു. ഇങ്ങനെ കോണീയ ആക്കത്തിലുള്ള (angular momentum) ഏതൊരു വ്യതിയാനവും പ്രതിരോധിക്കാൻ ജൈറോസ്കോപ്പ് ശ്രമിക്കുമ്പോൾ അതിൽ നിന്നും കിട്ടുന്ന ഡാറ്റ നമുക്ക് ഉപയോഗപ്പെടുത്താവുന്നതാണ്. ഇത് തന്നെയാണ് ഫുട്ബോളിന്റെ കാര്യത്തിലും ചെയ്യുന്നത് , കോണീയമായ വ്യതിചലനം മനസ്സിലാക്കി അറിയിപ്പ് കൊടുക്കുന്നു. വിമാനങ്ങളിലും, കപ്പലുകളിലും, റോബോട്ടുകൾ തുടങ്ങി കോണീയമായ മാറ്റം സംഭവിക്കുന്ന ഏതൊരു ഉപകരണത്തിലും Gyroscope ഉപയോഗിക്കുന്നു.

എന്താണ് ആക്സിലറോമീറ്റർ (accelerometer) ?

ആക്സിലറോമീറ്റർ എന്നത് ത്വരണം (acceleration) അളക്കുന്ന ഒരു ഉപകരണമാണ്, അതായത് ഒരു വസ്തുവിന്റെ പ്രവേഗ (velocity) മാറ്റത്തിന്റെ നിരക്ക്. സ്‌മാർട്ട്‌ഫോണുകൾ, ഗെയിമിംഗ് കൺട്രോളറുകൾ, ഫിറ്റ്‌നസ് ട്രാക്കറുകൾ തുടങ്ങിയ ഇലക്ട്രോണിക് ഉപകരണങ്ങളിൽ വിവിധ ദിശകളിലുള്ള ഉപകരണത്തിന്റെ ത്വരണം അളക്കാൻ ആക്‌സിലറോമീറ്ററുകൾ സാധാരണയായി ഉപയോഗിക്കുന്നു. കാർ എയർബാഗ് സംവിധാനങ്ങൾ പോലെയുള്ള മറ്റ് ആപ്ലിക്കേഷനുകളിലും ആക്‌സിലറോമീറ്ററുകൾ ഉപയോഗിക്കാം, അവിടെ ആക്സിലറേഷനിലെ പെട്ടെന്നുള്ള മാറ്റങ്ങൾ കണ്ടെത്താനും എയർബാഗുകൾ പ്രവർത്തിക്കാനാവശ്യമായ ട്രിഗർ കൊടുക്കാനും ഉപയോഗിക്കുന്നു. Al-Rihla ഫുട്ബോളിൽ ഒരു കളിക്കാരൻ എത്ര ബലത്തിലാണ് ബോളിൽ കിക്ക് ചെയ്യുന്നതെന്ന് മനസ്സിലാക്കാൻ ആക്സിലറോമീറ്റർ ഉപയോഗിക്കുന്നു.

ഇനി പോർച്ചുഗലും ഉറുഗ്വേയും തമ്മിലുള്ള മത്സരത്തിൽ ഫിഫ പറഞ്ഞത് നോക്കാം…

“മാച്ച് ബോളിൽ IMU സെൻസറുകൾ ഉപയോഗിച്ച് നിരീക്ഷിച്ചപ്പോൾ മനസ്സിലായത് ക്രിസ്റ്റ്യാനോ റൊണാൾഡോ അടിച്ച ബോളിൽ യാതൊരു ബാഹ്യബലവും പ്രയോഗിക്കപ്പെട്ടില്ലെന്നാണ്. പന്തിനുള്ളിലെ 500Hz IMU സെൻസറുടെ വിശകലനങ്ങൾ വളരെ കൃത്യതയുള്ളതായതിനാലാണ് ആ ഗോൾ അദ്ദേഹത്തിന് നഷ്ടമായത്.”

ചിത്രത്തിൽ കളിക്കാരും താഴെ അവരുടെ ബോളിലുള്ള സ്പർശനത്തിന്റെ ഗ്രാഫും (IMU സെൻസറിൽ നിന്നുളളത്) കൊടുത്തതായി കാണാം. നടുവിലുള്ള ചിത്രത്തിൽ ക്രിസ്റ്റ്യാനോ ബോളിൽ ഹെഡ് ചെയ്യാൻ ശ്രമിക്കുന്നുണ്ടെങ്കിലും താഴെയുള്ള ഗ്രാഫിൽ ഒരു സിഗ്നലും കാണാൻ കഴിയുന്നില്ല. അതായത് അദ്ദേഹം ബോളിൽ സ്പർശിച്ചിട്ടില്ല. ഇത് ശ്രദ്ധിച്ചാൽ മനസ്സിലാകും എത്രത്തോളം സൂഷ്മമായാണ് Al-Rihla യില IMU സെൻസറുകൾ കളിക്കാരുടെ ഓരോ സ്പർശനത്തേയും അളക്കുന്നതെന്ന്.

ജർമ്മനി ആസ്ഥാനമായുള്ള നിർമ്മിത ബുദ്ധിയുടെ (Artificial intelligence) മേഖലയിൽ പ്രവർത്തിക്കുന്ന KINEXON എന്ന കമ്പനി രൂപകല്പന ചെയ്ത ഭാരം കുറഞ്ഞ സെൻസറുകളാണ് ഇതിലുളളത്.

ഫുട്ബോളിൽ ഉപയോഗിച്ച് വരുന്ന VAR (Video Assistant Referees), സെമി-ഓട്ടോമേറ്റഡ് ഓഫ്‌സൈഡ് സാങ്കേതികവിദ്യ എന്നിവയുടെ നിലവാരവും വേഗതയും മെച്ചപ്പെടുത്തി, ബോളിലെ സൂഷ്മമായ സ്പർശനങ്ങൾ വരെ കണ്ടെത്തുന്നതിന് ബോളിൽ നിന്ന് IMU തരുന്ന ഡാറ്റ സഹായിക്കുന്നു.

ഓട്ടോമേറ്റഡ് ഓഫ്‌സൈഡ് സാങ്കേതികവിദ്യയുടെ ഭാഗമായി സ്റ്റേഡിയത്തിൽ ഘടിപ്പിച്ചിരിക്കുന്ന 12 ക്യാമറകണ്ണുകൾ സെക്കന്റിൽ 50 തവണ ഓരോ കളിക്കാരന്റെയും 29 ഡാറ്റ പോയിന്റുകൾ നിരീക്ഷിക്കുന്നു. ഈ 29 ഡാറ്റാ പോയിന്റുകളിൽ കളിക്കാരന്റെ ഓഫ്‌സൈഡ് നിർണ്ണയിക്കാൻ ആവശ്യമായ ശരീരഭാഗങ്ങളും ഉൾപ്പെടുന്നു. ഈ ഡാറ്റയുടെ കൂടെ Al-Rihla യിലെ സെൻസറുകൾ നൽകുന്ന ഡാറ്റയും കൂടെയായാലോ ?

സംഭവം കളറാകും

ഓരോ സെക്കന്റിലും 500 ഡാറ്റകളാണ് IMU സെൻസറുകൾ ഫിഫയുടെ വാർ റൂമിലേക്ക് അയക്കുന്നത്. ഒരു സെക്കന്റിൽ 12 ചിത്രങ്ങൾ മാത്രമാണ് മനുഷ്യമസ്തിഷ്കത്തിന് കൈകാര്യം ചെയ്യാൻ കഴിയുകയുള്ളൂ എന്ന് മനസ്സിലാക്കുന്നിടത്താണ് IMU തരുന്ന ഡാറ്റയുടെ വലുപ്പം മനസ്സിലാവുക. റഫറിയുടെ കണ്ണുകൾക്ക് പിഴച്ചാലും IMU യിൽ നിന്ന് വരുന്ന ഡാറ്റകൾ തരുന്ന നിഗമനങ്ങൾ തെറ്റാൻ സാധ്യതയില്ലെന്നുതന്നെ പറയേണ്ടിവരും.

ബോളിൽ കളിക്കാരന്റെ ഓരോ സ്പർശവും ഇതിനുള്ളിലെ IMU വഴി കിട്ടുകയും, കളിക്കാരൻ ഓഫ്‌സൈഡ് പൊസിഷനിൽ ആയിരിക്കുമ്പോഴെല്ലാം ഓട്ടോമേറ്റഡ് ഓഫ്‌സൈഡ് അലേർട്ട് നൽകുകയും ചെയ്യുന്നു. ഇനി പിച്ചിലെ റഫറി തീരുമാനം സ്ഥിരീകരിക്കണം. വരുന്ന ഡാറ്റകൾ വിലയിരുത്തുന്നത് എളുപ്പമാക്കാൻ ആർട്ടിഫിഷ്യൽ ഇന്റലിജൻസിന്റെ സഹായത്തോടെ ഡാറ്റ പോയിന്റുകൾ ഉപയോഗിച്ച് ഒരു 3D ആനിമേഷൻ ജനറേറ്റുചെയ്യുന്നു. ഇത് ഉപയോഗിച്ചാണ് റഫറി കളിക്കാരൻ ഓഫ്സൈഡാണോ കളിക്കുന്നതെന്ന് തീരുമാനിക്കുന്നത്.

അതായത് മാച്ച് റഫറിക്ക് കളിയിൽ സംശയങ്ങൾ തോന്നുന്ന ഓരോ നിമിഷവും, Al-Rihla ബോളിലെ IMU യും സ്റ്റേഡിയത്തിലേക്ക് ഡിജിറ്റൽ ഉപകരണങ്ങളും നൽകുന്ന ഡാറ്റയുടെ സഹായത്തോടെയാണ് ഈ ലോകകപ്പിൽ തീരുമാനങ്ങൾ എടുക്കുന്നത്. Al-Rihla യിൽ നിന്ന് ഫൈനലിലെ Al-Hilm ലേക്ക് വരുമ്പോൾ ഡാറ്റയിൽ കുറച്ചുകൂടെ കൃത്യതയാണ് ഫിഫ പ്രതീക്ഷിക്കുന്നത്.