ワールドカップの「1ミリメートルの奇跡」を支えた工学〈後編〉【第108号】

ボールはどこまで「賢く」なるのでしょうか
金谷一朗(いち) 2022.12.09
誰でも

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【140字まとめ】サッカーのカタール・ワールドカップではビデオ・アシスタント・レフェリー(VAR)の他に,ボールにセンサーを仕込む技術も使われています.両者を組み合わせることで,精緻なゴール判定を行うのです.〈後編〉ではボールに仕込まれたセンサーについてお話します.

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STEAM NEWS はメールで毎週届くニュースレターです.国内外のSTEAM分野(科学・技術・工学・アート・数学)に関するニュースを面白く解説するほか,今週の書籍,TEDトークもお届けします.芸術系や人文系の学生さんや教育関係者の方,古代エジプト好きな方にとくにおススメです.

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いちです,おはようございます.

サッカー日本代表,惜しかったですね.僕はサッカーど素人な上に運動音痴なので,日本がどれほどすごいのかすらわかりませんが,素晴らしい戦いだったと思います.むしろ日本を相手にPK戦まで持ち込んだクロアチアこそ「あっぱれ」と思いますが,どうなんでしょうか.

Adidas
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さて本誌【第107号】では日本が決勝トーナメントへ進めるきっかけとなった「ビデオ・アシスタント・レフェリー(VAR)」についてお話をさせていただきました.今号ではその続編として,サッカーボールに仕込まれたセンサー・テクノロジーについてお話しします.

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《目次》

  • サッカーボールに埋め込まれたセンサー

  • 今週の書籍

  • 今週のTEDトーク

  • Q&A

  • 一伍一什のはなし

サッカーボールに埋め込まれたセンサー

iPhoneやApple Watchは自分の位置を知っています.これは全球測位衛星システム(GNSS)という技術,通称GPSを使って,自分の位置を計測しているためです.ということは,サッカーボールにも通称GPSを埋め込んでおけば,自分がフィールド内にいるかとか,ゴールに入ったかとかわかるということでしょうか.

短い答えは「ノー」なのです.

iPhone 14 ProやApple Watch Ultraは「つよつよ」のGPS技術を積んでいますが,誤差の範囲が数10ミリメートルあり,ミリメートル単位の分解能が必要なサッカーの試合にはまだ足りないのです.

エジプトの調査現場では「キネマティック測位」という民間利用では最強の測位システムを使うことがあります.こちらはおおよそ10ミリメートルあるいはそれ以下の誤差まで追い込めると言われているのですが,時速100キロメートルを超えるサッカーボールの動きには追従できません.

そこで,GPS以外のいくつかの技術が提案されてきました.

過去には「万引き防止システム」とよく似たシステムも試験されています.ボールの中に万引き防止タグを仕込んでおいて,ゴールポストに万引き防止ゲートを建てつけておくのです.ボール=商品,ゴールポスト=出口と思えばイメージしやすいでしょう.より専門的には「万引防止に利用されるシステム・運用体制」(月刊自動認識2011年2月号)にある「自鳴方式」に近い,ボールとゴールポストが協調してゴールを検出する仕組みです.

ただし,過去いろいろ試した結果から,そしておそらくは「人間の見えないところでゴール判定されてしまうという感情的な問題」から,サッカーの「ゴールライン・テクノロジー」としては【第107号】でご紹介した「ビデオ・アシスタント・レフェリー(VAR)」方式が主流になりました.通常はVAR単体で使うことが多いそうなのですが,カタール・ワールドカップでは補助的なセンサーをボールに仕込んでいたようです.

そのセンサーとは,初代iPhoneにも入っている「加速度センサー」でした(*).加速度センサーはボールがどちら向きに加速しているかをセンシングします.なぜ「速度」ではなく「加速度」なのかと言うと,動いているボールの中からは「速度」を知ることができないからなのです.これは,船の甲板の上からは,船の速度を知ることができないのと似ています.船の速度は,海面と比べないとわからないのです.(これをガリレイの相対性原理と呼びます.)一方,物体が加速したり減速したりしたときは,中の人が「力」を感じるのでセンシングできるのです.

この加速度センサーを用いると,ボールの急加速や急減速,つまりは蹴られた瞬間や折り返された瞬間の時刻を記録できます.この時刻情報をVARの映像と突き合わせると,だいたいどの範囲の映像を確認すれば良いかの指針になります.このようにして判定時間を短縮したのでしょう.

(*カタール・ワールドカップで使われたサッカーボールには,ドイツ・キネクソン社製のセンサーが使われました.同センサーは加速度センサーのほかに,ボールの姿勢を計測するジャイロセンサー,およびウルトラワイドバンド(UWB)トランスミッターが仕込まれています.ただし,三苫選手のボール折り返しの判定には加速度センサーだけが使われた模様です.)

このままテクノロジーが進化すると,ハリー・ポッターのクィディッチのように,自ら飛び回るボールを使ったスポーツも生まれそうですね.余談になりますが,魔法を使わない方のクィディッチも2005年からプレイされており,来年(2023年)にはアメリカで第5回ワールドカップが開かれます.

今週の書籍

スポーツの見方が変わる! 記録がのびる! 強くなる! 観戦が100倍楽しくなる! 全44競技を物理で読み解く1冊です.
Amazon

すこーし理数系向けではあるのですが,スポーツと物理学の関係を面白く解説している本です.スポーツを科学的に理解してみたいという方は,ぜひお試しください.

今週のTEDトーク

クリス・クルーはスポーツの未来を探究し,テクノロジーが選手やコーチだけではなく,ファンにどのように役立つのかを考察することを望んでいます.ここでは前NFL(ナショナル・フットボール・リーグ)のパンターが,拡張現実によってあたかもフィールドに直接立ち,スポーツをしているかのような体験をさせてくれ,そして更には他人を新たな見解で理解するのに役立つような-そんな未来を描きます.
TED

このTEDトークは2014年のものですが,クリスが言ったとおり拡張現実(AR)テクノロジーはスポーツ分野にどんどん広まっています.TV中継では当たり前のようにCGが合成されていますし,スタジアムでARを使ったりTVの枠を飛び越えて楽しんだりも現実になってきています.僕も所属するアメリカ計算機学会(ACM)にはARをスポーツへ応用した研究が多数投稿されていますので,未来が楽しみですね.

Q&A

匿名質問サイト「マシュマロ」および質問サイト「Quora」で質問を受け付けています.普段はツイッターでお返事を書いていますが「ニュースレター読んでます」と入れていただければ,こちらのニュースレターでより長めの回答を書かせていただきます.

今週のご質問はこちらから.

登山用品といえば「モンベル」ですが,どういうところに長所がありますか?
Quora

僕はモンベル製品のヘビーユーザーです.

性能の良さ,価格の安さ,公式ショップの店員さんの優秀さなどはたくさん回答がつくと思いますので,ここでは「みかん星人」(いつもオレンジ色を着ている人)として回答したいと思います.

モンベル製品が偉いなと思うのは,ハイエンドのウェアにたいていオレンジ色が用意されていることなんです.しかも,あんまり売れないのか多めに生産しているのかはわかりませんが,シーズンオフになるまでオレンジ色の在庫が残っているんです.

遠方からでも視認できるオレンジ色のウェアは我々「みかん星人」には必須のアイテムなので,いつもオレンジ色のウェアを用意してくれるモンベルを愛用しています.(ユニクロもオレンジ多めなので愛用しています.)

このレターの最後に匿名質問サイトへのリンクを貼っています.質問をお待ちしております.

一伍一什のはなし

エジプトのカルガ・オアシスという,旅行者はもちろんカイロに住むエジプト人もあまり訪れないオアシスの調査をしていた頃の話です.日本人の訪問はかなり珍しいようで,地元の人々がぜひフットボール(サッカー)をしようとスタジアムを借り切ってくれました.僕はとんでもなく運動音痴なのですが,日本人チームには元サッカー少年も多く,エジプト人たちに「格の違い」を見せつけていました.が,いくら試合が経過してもハーフタイムのホイッスルが鳴りません.そのうち日本チームの運動量が見る見る落ちてきます.エジプトチームの狙いに気づいたときはもう後の祭りで,持久力に勝る彼らが日本をフルボッコにし始めます.しかも気づいたらなんかエジプト人増えてるし…試合には護衛のエジプト人警察官も来てくれていたのですが,見るだけでは我慢できなくなったのか近くの子供に銃を預けて,フィールドを走り回っていました.

結局,前半90分,後半90分という地獄のような試合で,翌日僕は寝込みました.

スポーツっていいですね.

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では,また来週,お目にかかりましょう.

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ニュースレター「STEAM NEWS」

金谷一朗(いち)

TEDxDejimaStudioファウンダー・パイナップルコンピューター代表・長崎大学情報データ科学部教授

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