02.12.2022

Al Rihla: Ein High-Tech Ball und KI verändern den Fußball

Neben Toren und Skandalen - und dem Ausscheiden von Deutschland - gibt es bei der Weltmeisterschaft in Katar, etwas unter dem Radar, auch technologische Entwicklungen, die zukünftig auf den Fußball einen großen Impact haben könnten.
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Kinexion, WM Ball, Adidas, Katar 2022, Sensoren, WM Ball, Al Rihla
(c) Stock.Adobe/kovbu58 - Al Rihla, der WM Ball, wurde für diese WM mit neuer Technologie ausgestattet.

Die Fußballweltmeisterschaft in Katar 2022 wird vorrangig wegen seiner Kontroversen in Erinnerung bleiben. Das Verbot von Solidaritätsbekundungen mit der LGBTQ-Community oder regenbogenfarbener Kleidung reiht sich da ebenso ein, wie auch skurrile Interviews des FIFA-Präsidenten Gianni Infantino, der mit seinen Aussagen nichts anderes als eine Toleranz für Intoleranz forderte. Mit all diesen Vorgängen abseits des Spiels ging eine der wesentlichen Neuerungen im Fußball beinahe unter: die Technologie im Ball Al Rihla.

Al Rihla und seine zwei Sensoren

Jene, so die gängige Meinung, kann und wird den Fußball verändern. Denn: während des gesamten Turniers enthalten die Spielbälle einen Sensor, der räumliche Positionsdaten in Echtzeit erfasst – einem Balltrackingmechanismus (mit KI Unterstützung) sei Dank.

Der Glaube ist, dass in Kombination mit den vorhandenen Tracking-Instrumenten „VAR“ (Video-Schiedsrichterassistenten) und Abseitsüberprüfung präziser und effizienter werden sollen. Und dass neue Daten Einfluss auf zukünftige Spiele haben werden.

Wie die Plattform fivethirtyeight berichtet, nutzt der Weltfußballverband in Katar eine Software, die größtenteils von KI-Funktionen gesteuert wird, aber ein wichtiges Element der menschlichen Bestätigung beibehält.

In jedem Spielball befindet sich ein Tool, das von Kinexion, einem IoT-Spin off der Uni München, entwickelt wurde. Nach Angaben des Unternehmens wiegt dieses Gerät 14 Gramm und enthält zwei separate Sensoren, die gleichzeitig arbeiten.

500 Bilder pro Sekunde

Der Ultrabreitband-Sensor (UWB) überträgt Daten in Echtzeit, um die Position des Balls ständig zu verfolgen. Der IMU-Sensor (Inertial Measurement Unit) hingegen, dient dazu, feinste Bewegungen eines Objekts im Raum zu erkennen.

„Während mir das Ultrabreitband hilft, die Position eines Objekts zu bestimmen, liefert mir die IMU die granulare Bewegung in drei Dimensionen“, präzisiert Maximillian Schmidt, Mitbegründer und Geschäftsführer von Kinexion auf der Plattform.

Jedes Mal, wenn der Ball getreten, geköpft, geworfen oder auch nur angetippt wird, nimmt das System dies mit 500 Bildern pro Sekunde auf. Die Daten werden in Echtzeit von den Sensoren an ein lokales Positionierungssystem (LPS) gesendet, das aus einer Reihe von Netzwerkantennen besteht, die rund um das Spielfeld installiert sind, Daten aufnehmen und zur sofortigen Verwendung speichern.

Der Ballwechsel

Wenn ein Ball während des Spiels ins Aus fliegt und ein neuer Ball geworfen oder getreten wird, um ihn zu ersetzen, schaltet das Backend-System von Kinexion automatisch auf die Dateneingabe des neuen Balls um, ohne dass ein menschlicher Eingriff erforderlich ist.

Unterstützt wird das Kinexion-Tool im Ball durch eine von Adidas bereitgestellte Suspensionstechnologie, die so konzipiert ist, dass der Sensor im zentralen inneren Punkt des Balls untergebracht ist und an einem festen Platz bleibt. Ohne die Spieler zu irritieren, wenn sie „das Leder“ treten.

Mit diesem Ballsensor ist zudem ein optisches Kamera-Tracking von Hawk-Eye verbunden. Zwölf Kameras sind hierbei rund um das Stadion aufgestellt und verfolgen sowohl den Ball selbst, als auch jeden Spieler 50 Mal pro Sekunde. Bei den Spielern werden dabei neunundzwanzig separate Körperpunkte, einschließlich der Gliedmaßen, erfasst.

„Ground Truth Testing“

Der Vorteil: Die Datenauswertung findet durch eine KI statt, die so programmiert ist, dass sie automatische Abseitsmeldungen an die Offiziellen im Videoraum des Spiels generiert – anstatt dass Schiedsrichter das Spielgeschehen manuell durchforsten müssen.

Sowohl für die Ballsensoren von Kinexion als auch für das optische Kamerasystem von Hawk-Eye ist im FIFA-Qualitätsprogramm für elektronische Leistungstestsysteme (EPTS) ein Format vorgeschrieben, das als „Ground Truth Testing“ bezeichnet wird.

„Vicon Motion-Capture“-Kameras für Al Rihla

Bei diesem Ansatz kommen mindestens 36 „Vicon Motion-Capture“-Kameras zum Einsatz, die in Kombination mit reflektierenden Markern auf dem Ball selbst und auf jedem Spieler platziert werden, um eine präzise Erkennung zu gewährleisten.

Neben weiteren technischen Feinheiten und Möglichkeiten, die das neu eingeführte Tracking-System bietet und künftig ermöglichen wird, gilt jetzt bereits, dass eine Unmenge neuartiger Daten (für Schiedsrichter wie auch für Vereine) entsteht, die in Zukunft das Fußballspiel drastisch verändern könnten. Allein die praktizierte halbautomatische Abseitsentscheidung bei dieser WM stelle dafür ein deutliches Indiz aus.

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Das Zyglox-Team in Graz, in der Mitte die Gründer Jakob Moder (links) und Erik Gerstl (rechts). © Zyglox

Rund die Hälfte der Lifecycle-Kosten eines Zuges entfällt auf die Wartung, und davon wiederum mehr als die Hälfte auf Räder, Achsen und Fahrwerk, sagt Jakob Moder. Wie stark diese Bauteile im Betrieb tatsächlich belastet werden, wird bisher aber kaum gemessen. Der Grund ist simpel: Es fehlt an präziser Messtechnik, die im Dauerbetrieb einsetzbar ist. Das Grazer Startup Zyglox will das ändern.

„Die Eisenbahn ist nicht ins 21. Jahrhundert gekommen“

Der Name ist ein Wortspiel: Zyglox, gesprochen „Zügloks“, steht für Messtechnik für Züge und Loks. Dahinter stehen Jakob Moder und Erik Gerstl, die zuvor gemeinsam in der Messtechnik gearbeitet haben. Moder wechselte später in den Eisenbahnbereich und erlebte die Lücke dort aus der Praxis. Was es brauche, sei eine Lösung, „die das einerseits zuverlässig erkennt und gleichzeitig gut applizierbar ist“. Sein Urteil: „Bei der Usability ist die Eisenbahn nicht ins 21. Jahrhundert gekommen.“ Ende 2023 gründeten die beiden Techniker Zyglox in Graz.

Die bisherige Methode mit Dehnmessstreifen sei „einfach zu teuer“, erklärt Moder. Der Zug müsse dafür ein bis zwei Wochen zerlegt und instrumentiert werden, deshalb passiere das nur bei der Zulassung. „Das dauert ein Jahr, diese Technik reinzubringen, die Zulassung durchzuführen, und dann wird es wieder rausgenommen.“ Im laufenden Betrieb bleiben nur Beschleunigungssensoren, wie sie auch in jedem Smartphone stecken. „Das ist von der Datenqualität her ganz was anderes. Unser Sensor ist wie 4K, der Beschleunigungssensor liefert ein verpixeltes Foto von den Zuständen.“

Ein Sensor für Zulassung und Dauerbetrieb

Die Lösung von Zyglox lässt sich ohne größere Änderungen am Bauteil anbringen. „Wir haben eine Plug-and-Play-Lösung, die kann man einfach aufstecken“, sagt Moder. Ein Techniker braucht dafür laut Zyglox 30 Minuten. Der Sensor messe Dehnungen an Achsen, Wellen oder Schienen und liefere „gleiche oder bessere Daten als die Lösungen bisher“. Das Ziel ist ein Universalwerkzeug: genau genug für die Zulassung, aber so ausgelegt, dass es danach auf dem Fahrzeug bleibt und die Kräfte im Rad-Schiene-Kontakt dauerhaft erfasst. „Da gibt es ein großes Anwendungsfeld, denn damit wird auch die Infrastruktur überwacht“, so Moder.

Jeden Tag werden auf der Schiene hunderttausende Kilometer zurückgelegt. Zyglox will jeden davon nutzbar machen, um zu lernen, zu verbessern und vorherzusagen. Mit herkömmlichen Methoden war das Erfassen dieser Daten bisher zu teuer, zu langsam und zu aufwendig. © Zyglox

Physik aus dem Trafo, Sensoren aus dem Weltraum

Technisch nutzt Zyglox hochsensitive Magnetfeldsensoren aus der Raumfahrt, das Startup ist Teil eines Downstream-Programms der ESA. Das Prinzip erklärt Moder am Transformator: Der brummt, weil das Magnetfeld des Wechselstroms den Stahl minimal dehnt. „Und wir machen das Umgekehrte: Wenn sich der Stahl dehnt, ändert sich sein Magnetfeld in der Umgebung.“ Ein aktives Messverfahren berücksichtigt dabei den linearen Zusammenhang zwischen Belastung und Sensorsignal. Die Technologie ist patentiert, entwickelt und montiert wird in Graz.

Betreiber als Kunden, Wartung als Hebel

Als primäre Kunden sieht Zyglox die Bahnbetreiber, bei denen die Wartungskosten anfallen. Dazu kommt die Sicherheit: „Es gibt viele Vorfälle, die vielleicht nicht zu einem Unfall führen, wo man aber trotzdem sicherer und zuverlässiger unterwegs wäre, wenn man gutes Condition Monitoring hat.“

Ein kleines Pilotprojekt ist bereits abgeschlossen. Für 2027 ist der Einbau des Systems in Fahrzeuge im regulären Streckenbetrieb geplant, zunächst als Prototyp für einige Wochen Messung. Danach folgt die Zulassung. Ende 2027 soll daraus ein fertiges Produkt werden, erst dann könne die Skalierung beginnen, sagt Moder. An Interesse mangelt es nicht: „Wir können gar nicht alle Pilotprojekte machen“, weil Sensorentwicklung samt Software personalintensiv sei. Ende September zeigt das Team den Prototyp auf der InnoTrans in Berlin, der größten Messe für Schienenfahrzeuge.

Mit aws Preseed und aws Seed vom Effekt zum Produkt

Finanziert hat sich Zyglox bisher aus eigenen Mitteln und über die Austria Wirtschaftsservice (aws). Mit aws Preseed, konkret im Programm „aws Preseed | Seedfinacing – Deep Tech“, hat das Startup die ersten eineinhalb Jahre an der Sensortechnologie getüftelt. „Es hat uns die Möglichkeit gegeben, eine Idee, die bereits validiert war, einfach zu erproben. Einfach Zeit zu haben, weil Hardware dauert ein bisschen, etwa Prototypen zu iterieren“, sagt Moder. Es sei vor allem darum gegangen, „sicherzustellen, dass das dann ein Produkt werden kann“. Seit Mitte 2025 ist Zyglox im Seed-Programm der aws, das voraussichtlich bis Anfang 2028 läuft. Das Team ist inzwischen auf rund sieben Personen gewachsen. Für die Skalierungsphase im kommenden Jahr will sich das Startup nach Investoren umsehen: „Wenn eine Bestellung eintritt oder größer wird, werden wir das mit den aktuellen Mitteln wahrscheinlich nicht mehr stemmen können.“

Standortvorteil Graz

Den Standort Graz sieht Moder als klaren Vorteil: Siemens fertigt hier Fahrwerke, dazu kommen Messdienstleister, Prüfstandbauer und Nextsense. Zyglox sitzt direkt am Campus der TU Graz, mit Zugang zu Prüfständen der Universität und Maschinen der voestalpine. „Die gesamte Infrastruktur ist einzigartig“, sagt Moder. „Im Silicon Valley könnten wir das Produkt wahrscheinlich nicht entwickeln, in Österreich geht es besser. Das ist eigentlich ein bisschen verrückt, aber wir haben hier die optimalen Bedingungen.“


Disclaimer: Dieser Artikel ist im Rahmen einer Medienkooperation mit der Austria Wirtschaftsservice (aws) entstanden.

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