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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(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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BioShift-Co-Founder Julian Mayr und Clemens Zillner von tech2b | Foto beigestellt
BioShift-Co-Founder Julian Mayr und Clemens Zillner von tech2b | Foto beigestellt

„Im Winter wird unsere starke Abhängigkeit von fossiler Energie noch extremer“, sagt Julian Mayr, Co-Founder des oberösterreichischen Startups BioShift. Zwar gebe es mehrere Ansätze, um erneuerbare Energie speicherbar zu machen – in der Praxis seien viele davon jedoch bislang wirtschaftlich schwer darstellbar und kämen daher noch nicht in relevantem Umfang zum Einsatz. Das will sein Unternehmen ändern. Es hat eine Anlage entwickelt, die landwirtschaftliche Reststoffe – also Biomasse – nutzt, um daraus speicherbares Gas zu machen.

Mit Stroh und Strom zum Erdgas-Ersatz

Dabei fokussiert BioShift vor allem auf Stroh. „Das wird zumeist eingeackert, hat aber ein enormes Energiepotenzial. Allein in Österreich reden wir von acht Terawattstunden pro Jahr – so viel wie mit Photovoltaik produziert wird“, erklärt Mayr. Mit der patentierten Technologie des Startups wird die Biomasse unter Luftabschluss mithilfe von elektrischem Strom auf mehr als 1.000 Grad Celsius erhitzt. Durch Pyrolyse und Vergasung entstehen in diesem Prozess Synthesegas und Biokohle.

„Nach der Methanisierung ist die Gasqualität so hoch, dass das Produkt chemisch ident zu Erdgas ist“, so der Gründer. Dadurch könne die bestehende Infrastruktur, wie das Gasnetz und die Gasspeicher, direkt weitergenutzt werden. Dabei komme man bei den Kosten nahe an den Erdgas-Preis heran und wolle grünes Gas so „erstmals wirtschaftlich machen“. Die Biokohle wiederum könne wieder auf die Felder ausgebracht werden und diene dort als Nährstofflieferant und Bodenverbesserer.

Später sollen die Anlagen als standardisierte 500-Kilowatt-Module in Containergröße etwa an Landwirte oder Biomasseheizwerke verkauft werden. Noch ist es aber ein gewisser Weg dorthin. Ein hochskalierter Labor-Prototyp läuft bereits am Institut für Wärmetechnik der TU Graz, wo das aktuell siebenköpfige Team auch wissenschaftlich begleitet wird. „Nächstes Jahr sind wir dann bereit, die erste Pilotanlage im Feld unter realen Bedingungen einzusetzen“, sagt Mayr.

Netzwerk, Mentoring und individuelle Betreuung bei tech2b

Dass es bei BioShift nicht ganz so schnell geht, wie bei so manchem KI-Startup, ist keine Überraschung. Die Entwicklung von Hardware-Technologien erfordert bekanntlich Zeit, Kapital und weitreichende Netzwerke – es heißt nicht umsonst „Hardware is hard“. Hier kommt der oberösterreichische Inkubator tech2b ins Spiel, der BioShift in seinen Programmen betreut. „BioShift kann einen Beitrag zur Lösung eines großen, globalen Problems liefern“, ist Clemens Zillner überzeugt. Er verantwortet bei tech2b den Bereich GreenTech.

tech2b unterstützt technologieorientierte Startups von der Idee bis zur Skalierung mit individueller Begleitung, finanziellen Zuschüssen sowie einem Netzwerk an branchenspezifischen Mentor:innen und Expert:innen. Hardware- und GreenTech-Gründungen hätten spezielle Anforderungen, sagt Zillner: „Hardware dauert prinzipiell immer länger als Software. Uns ist es daher besonders wichtig, es den Startups mit unserem Netzwerk zu ermöglichen, mehr Tempo aufzubauen“.

Dabei betont der Experte den individuellen Zugang. BioShift sei mit seinen Anforderungen schließlich einzigartig im tech2b-Programm – „und dafür müssen wir uns entsprechend aufstellen“, so Zillner. Für das Startup, das die verschiedenen Sphären aus Landwirtschaft, Industrie, Politik und Netzbetreibern vereinen müsse, sei dieser Ansatz essenziell, bestätigt Mayr.

Internationale Sichtbarkeit

Neben der Vernetzung habe man bislang bei tech2b auch stark vom inhaltlichen Mentoring, etwa beim Pitch, profitiert, erzählt der Gründer. „In der ersten Version unseres Pitches waren wahrscheinlich 80 Prozent technisch. Im Laufe der Zeit haben wir mit Unterstützung immer weiter nachgeschärft.“

Das half dem Startup zuletzt unter anderem beim Einzug ins Österreich-Finale des Startup World Cups, wo das Team weitere wertvolle internationale Kontakte knüpfen konnte. Auch wenn tech2b in seinem Netzwerk zunächst auf das Ökosystem in Oberösterreich und in weiterer Folge in Österreich fokussiert, ist auch beim Inkubator die Zielsetzung klar: „Wir wollen unsere Startups natürlich weit über die eigenen Grenzen hinausbringen“, sagt Zillner.

Für BioShift steht die Internationalisierung in einigen Jahren auf der Agenda. Bis dahin sind die Ziele klar abgesteckt: In drei Jahren will man in die Serienproduktion gehen und den Markt erobern. Schon in der Pilotphase davor werde man aber erste Anlagen verkaufen, so Mayr. Dafür strebt das Startup bereits Ende dieses Jahres auch eine Finanzierungsrunde an – bislang finanzierte man sich primär durch Förderungen.

Und auch bei tech2b soll es in den nächsten Jahren vorangehen. Schließlich sollen noch viele Erfolgsgeschichten wie etwa zuletzt jene des Alumni-Startups Tractive folgen. Zillner sieht besonderes Potenzial im GreenTech-Bereich und stellt klar: „Wir brauchen einfach mehr Startups in dieser Richtung. Sie können sich jederzeit bei tech2b melden“.

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