每經(jīng)記者｜朱成祥    每經(jīng)編輯｜張益銘    

越位、出界、手球、點(diǎn)球、紅牌，足球場(chǎng)上的一次判罰常常能夠左右比賽的走向。本屆美加墨世界杯也在使用最新的技術(shù)，以提升判罰的準(zhǔn)確性。

在6月15日瑞典對(duì)陣突尼斯的小組賽中，官方轉(zhuǎn)播播出了足球內(nèi)置芯片的檢測(cè)畫(huà)面，瑞典球員伊薩克用腳跟與足球發(fā)生了接觸，足球內(nèi)的芯片檢測(cè)到這一接觸，最終斯萬(wàn)貝里的進(jìn)球被判定有效。

據(jù)悉，本屆世界杯用球“三重浪”內(nèi)置了慣性測(cè)量單元（IMU）。國(guó)內(nèi)IMU廠商矽?？萍几嬖V《每日經(jīng)濟(jì)新聞》記者：“足球中使用的IMU芯片，是為了輔助裁判做出更精準(zhǔn)的判罰?！?/p>

除足球外，IMU也廣泛應(yīng)用于汽車(chē)、工業(yè)領(lǐng)域，同時(shí)是機(jī)器人的重要零部件。上市公司漢威科技（SZ300007，股價(jià)39.91元，市值130.68億元）工作人員告訴記者：“IMU芯片類(lèi)似于人的小腦，它起到保持平衡的作用，因而用途相對(duì)比較廣泛。”

技術(shù)提升足球判罰準(zhǔn)確性

國(guó)際足聯(lián)主席因凡蒂諾曾表示，人工智能和數(shù)據(jù)分析技術(shù)的深度介入正在提高現(xiàn)代足球判罰的透明度和準(zhǔn)確性。

技術(shù)，正在改進(jìn)足球比賽的公平性。IMU正是這些技術(shù)中的一員。

矽?？萍急硎荆骸癐MU每秒鐘輸出500Hz（赫茲）數(shù)據(jù)，精確捕捉球在三維空間中的動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)，主要包括加速度、旋轉(zhuǎn)速度、觸球時(shí)刻等關(guān)鍵信息。這些數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳輸給VAR（視頻助理裁判）系統(tǒng)，與球場(chǎng)周?chē)咚贁z像機(jī)協(xié)同，每秒確定球和球員位置約50次，構(gòu)建全三維比賽模型。該技術(shù)可以更快速和精準(zhǔn)地給裁判員提供信息，對(duì)越位、進(jìn)球確認(rèn)、手球等判罰提供更客觀的數(shù)據(jù)支撐，減少主觀爭(zhēng)議。供電方式為無(wú)線(xiàn)充電技術(shù)，續(xù)航約6小時(shí)，足以覆蓋整場(chǎng)比賽。”

簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，IMU每秒采集500次數(shù)據(jù)，高速攝像機(jī)每秒確定球和球員位置約50次，兩者搜集的數(shù)據(jù)構(gòu)建三維比賽模型。

值得注意的是，上一屆卡塔爾世界杯中，足球中已經(jīng)植入了IMU芯片。相比上屆，這屆世界杯用球植入的芯片有哪些進(jìn)步呢？

矽?？萍颊J(rèn)為：“上一代設(shè)計(jì)盡管能完美保持球體重心的均勻，但在遭受連續(xù)、極端的非對(duì)稱(chēng)重?fù)魰r(shí)，內(nèi)部懸掛網(wǎng)絡(luò)的疲勞與應(yīng)力傳遞往往不夠理想?！?/p>

其補(bǔ)充表示：“美加墨世界杯的足球，IMU芯片不再居中懸浮，而是被嵌入四個(gè)拼接塊之一的專(zhuān)設(shè)內(nèi)層夾層中，改為側(cè)掛式安裝。為補(bǔ)償這一不對(duì)稱(chēng)質(zhì)量分布，其余三個(gè)拼接塊內(nèi)各設(shè)有配重塊，以維持球的飛行穩(wěn)定性和質(zhì)量平衡。目標(biāo)是在減少機(jī)械懸掛系統(tǒng)復(fù)雜性的同時(shí)，進(jìn)一步提高數(shù)據(jù)傳輸精度，讓VAR能在更短時(shí)間內(nèi)確認(rèn)越位判定?！?/p>

IMU還有哪些用處？

IMU在運(yùn)動(dòng)控制領(lǐng)域的應(yīng)用不僅體現(xiàn)在世界杯用球中，也廣泛應(yīng)用于汽車(chē)領(lǐng)域及機(jī)器人領(lǐng)域。

根據(jù)QYResearch調(diào)研團(tuán)隊(duì)的數(shù)據(jù)，IMU按應(yīng)用細(xì)分，2024年汽車(chē)是最大的下游市場(chǎng)，其次是無(wú)人機(jī)、機(jī)器人與自主系統(tǒng)、可穿戴設(shè)備、手機(jī)和其他。IMU領(lǐng)域，全球前八大生產(chǎn)商分別為博世、TDK、意法半導(dǎo)體、村田、松下、深迪半導(dǎo)體、矽?？萍己褪刻m微電子。

漢威科技上述工作人員表示：“公司的IMU并沒(méi)有使用在足球上。不過(guò)，它已經(jīng)在工業(yè)產(chǎn)線(xiàn)使用了。目前AGV（智能搬運(yùn)機(jī)器人）已經(jīng)成熟使用IMU，（公司的）人形機(jī)器人領(lǐng)域IMU正在測(cè)試。”

對(duì)于單個(gè)AGV中使用IMU的價(jià)值量，其表示：“公司的IMU最初應(yīng)用于軍工領(lǐng)域，后續(xù)修改了部分參數(shù)使用在其他領(lǐng)域。因此，IMU產(chǎn)品價(jià)格差距較大。一臺(tái)AGV，IMU的價(jià)值量大概在千元級(jí)別?！?/p>

矽?？萍家脖硎荆骸癐MU是人形機(jī)器人必不可少的核心器件之一，主要應(yīng)用于姿態(tài)平衡控制，融合定位與導(dǎo)航等方面?！?/p>

對(duì)于IMU芯片的功能，矽?？萍急硎荆骸癐MU可以檢測(cè)微小的角度變化，幫助機(jī)器人在各種不同的路面、速度下進(jìn)行姿態(tài)檢測(cè)和調(diào)整反饋，實(shí)現(xiàn)軀體平衡。IMU與視覺(jué)、激光等其他傳感器配合，可以進(jìn)行路徑規(guī)劃和導(dǎo)航定位；視覺(jué)和激光可能因外界原因出現(xiàn)性能下降，而IMU是原生的、不依賴(lài)其他條件即可自我感知的器件，是定位系統(tǒng)的最后一道防線(xiàn)?！?/p>

其補(bǔ)充表示：“IMU的性能指標(biāo)（如精度、采樣率、噪聲水平、時(shí)延等）直接決定了機(jī)器人能否穩(wěn)定行走、防止跌倒，以及在復(fù)雜環(huán)境中實(shí)現(xiàn)高精度導(dǎo)航和避障?？梢哉f(shuō)，IMU是實(shí)現(xiàn)人形機(jī)器人靈活動(dòng)態(tài)行為的技術(shù)基石?！?/p>

當(dāng)下，也有廠商將IMU部署在人形機(jī)器人關(guān)節(jié)位置，以進(jìn)行更高精度和更多維度的軀干、肢體動(dòng)作及姿態(tài)檢測(cè)。

國(guó)內(nèi)傳感器領(lǐng)域公司也在積極布局機(jī)器人用IMU。

6月11日，芯動(dòng)聯(lián)科在互動(dòng)平臺(tái)回答投資者提問(wèn)時(shí)表示，公司IMU模組及慣性芯片可應(yīng)用于人形機(jī)器人的姿態(tài)控制及慣導(dǎo)等，目前不能應(yīng)用于靈巧手相關(guān)控制。公司正全力推進(jìn)高集成、低成本六軸IMU芯片的研發(fā)與量產(chǎn)，布局人形機(jī)器人、自動(dòng)駕駛、無(wú)人設(shè)備等領(lǐng)域。

敏芯股份6月9日也表示，重點(diǎn)布局車(chē)載及機(jī)器人領(lǐng)域IMU等新產(chǎn)品與新技術(shù)研發(fā)。

封面圖片來(lái)源：祝裕