Dụng cụ thể thao thông minh

Hãy hình dung một golf thủ đứng trong hố cát, cẩn trọng cân bằng vị trí và trọng lượng của mình trong khi chăm chú nhìn vào trái bóng. Anh ta thử vung gậy vài lần để có cảm giác. Nếu vung quá sâu, gậy sẽ đập xuống đất và mất một lượt đánh. Đây là một cú đánh khó, tuy nhiên golf thủ xoay người và thực hiện cú đánh không chút lưỡng lự nhờ hệ thống vi cơ điện (microelectromechanical) hay còn gọi là MEMS với độ dày chỉ bằng sợi tóc được tích hợp bên trong chiếc gậy golf. Dù không có tác dụng vung chiếc gậy, nhưng thành phần này phân tích dữ liệu giúp golf thủ có được cú vung gậy hoàn hảo nhất.

Vợt Tennis kết nối điện thoại bằng Bluetooth của Babolat có thể theo dõi kiểu giao bóng của người chơi và đưa ra thống kê tổng hợp.

Thực tế, sự phát triển mạnh mẽ của điện thoại thông minh và các thiết bị đeo trên người trong những năm qua đã giúp giá thành các thiết bị MEMS giảm đáng kể - bao gồm cả cảm biến gia tốc, con quay hồi chuyển, cảm biến từ trường, cảm biến lực… Những thiết bị siêu nhỏ gọn này giúp người dùng có thể đếm bước đi, theo dõi lượng calo đã tiêu hao, giám sát nhịp tim… Những dữ liệu như vậy dù rất hữu ích nhưng mới chỉ giúp khuyến khích người dùng thêm năng động, chưa góp phần cải thiện khả năng vận động của họ - cụ thể là mỗi cú vung gậy, vung vợt hay sút bóng. Điều này đồng nghĩa với việc các loại cảm biến từ trong thiết bị đeo trên người sẽ được chuyển sang các loại dụng cụ thể thao thế hệ mới. Nhờ thế, người dùng sẽ có thể mua các thiết bị thông minh để cải thiện khả năng của mình (thậm chí có thể coi như huấn luyện viên ảo) bao gồm cả gậy gôn, vợt tennis, bóng rổ, găng đấm bốc hay bóng đá…

Golf thủ thực hiện cú đánh không chút lưỡng lự với sự trợ giúp của hệ thống vi cơ điện (microelectromechanical) hay còn gọi là MEMS

Dĩ nhiên, để đo được chuyển động phức tạp của các hoạt động thể thao – thậm chí là của vận động viên chuyên nghiệp, sẽ cần nhiều thuật toán và số liệu hơn so với đếm bước chạy hay đo nhịp tim (tác vụ chủ yếu của cảm biến tích hợp trong các thiết bị đeo trên người hay điện thoại thông minh hiện nay). Một ví dụ là để đánh giá được hiệu quả trong thao tác chèo thuyền, các cảm biến sẽ phải theo dõi được chuyển động của chân, lưng và cánh tay vận động viên. Tương tự như vậy, nếu muốn đánh giá được năng lực một vận động viên bóng chày, các hệ thống sẽ phải giám sát được chuyển động toàn thân khi anh ta vụt – bao gồm cả góc xoay và tốc độ chuyển động của gậy.

Vào lúc này, việc phổ biến các giải pháp hỗ trợ chơi thể thao đang hưởng lợi rất lớn từ mức giá ngày càng rẻ hơn cũng như sự bùng nổ của những loại cảm biến và công nghệ theo dõi mới – thứ cũng giúp hoàn thiện việc thu thập dữ liệu từ nhiều loại cảm biến khác nhau trong cùng một thời điểm. Trước đây, để đồng bộ và tổng hợp được dữ liệu thu về từ hàng loạt cảm biến theo thời gian thực là một “ác mộng” với các nhà sản xuất. Mặt khác, phương thức dẫn những luồng dữ liệu lớn từ cảm biến vào chip xử lý đa năng (nơi sẽ tổng hợp chúng lại) thực sự là một thách thức lớn trong việc phát triển các sản phẩm huấn luyện thể thao dựa trên dữ liệu thu về, dù cho nhu cầu thực tế từ thị trường là rất rõ ràng.

Các môn thể thao sẽ ngày càng thông minh và…nhức đầu hơn?

Trong vài năm trở lại đây, một số doanh nghiệp cũng đã thương mại hoá thành công các công nghệ dung hợp cảm biến (sensor-fusion). Cho tới nay, thay vì phát triển từ đầu một thuật toán cho phép tính toán gia tốc thẳng (hữu ích cho việc đo hiệu quả của một cú sút bóng chẳng hạn), các kĩ sư thiết kế có thể sử dụng thuật toán gia tốc thẳng của đối tác thứ ba nhằm đo cả các chuyển động theo cả trục x, y và z.

Song song với tính năng, phần cứng dung hợp cảm biến cũng như phần mềm quản lý chúng còn phải đáp ứng một nhiệm vụ quan trọng khác: kiểm soát mức năng lượng tiêu thụ. Đây là điều bắt buộc nếu các nhà sản xuất không muốn người dùng liên tục phải thay pin cho trái bóng, gậy, găng tay, vợt… thông minh của họ. Cho tới nay, những giải pháp đầu tiên đã bắt đầu có mặt với những cơ chế khá đơn giản như tắt bớt các cảm biến không cần thiết hoặc tận dụng nhóm cảm biến tiết kiệm năng lượng nhất có thể cho từng tác vụ nhất định.

Thị trường dụng cụ thể thao thông minh đang rộng mở đón chào các thương hiệu mới với ý tưởng đột phá.

Mặt khác, trong khi cả các nhà sản xuất cảm biến lẫn doanh nghiệp sản xuất dụng cụ thể thao đều đồng ý rằng việc dung hợp cảm biến là ý tưởng hấp dẫn, họ lại có nhiều cách tiếp cận khác nhau trong quá trình triển khai – điều dẫn tới việc hàng loạt các hệ thống đa dạng ra đời từ các loại “mở” cho tới các giải pháp độc quyền.

Trong khi đó, nhiều hãng sản xuất độc quyền như Analog Devices, Bosch Sensortec, Freescale, InvenSense, Kionix, hay STMicroelectronics đều có những thuật toán dung hợp cảm biến của riêng mình. Thuật toán này được tích hợp bên trong các chip do chính họ thiết kế, sản xuất với hàng loạt cảm biến và chip điều khiển tích hợp (điển hình như Bosch Sensortec BN0055). Một vài tên tuổi thậm chí cung cấp cả giao diện lập trình có khả năng chạy trên phần cứng của đối thủ nhưng chỉ điều khiển được một số cảm biến từ một thương hiệu nhất định. Ngoài ra, việc kết hợp cảm biến và chip điều khiển cũng cho phép sắp xếp dữ liệu. Nói cách khác, hệ thống như vậy sẽ lưu dữ liệu do cảm biến thu được trong bộ đệm và chờ tới khi bộ xử lý ứng dụng “thức dậy” nhằm tiết kiệm năng lượng hiệu quả hơn. Đây thực sự là một cơ chế rất hữu ích với nhu cầu dung hợp cảm biến trong bối cảnh hiện nay.

Về phần mình, với mục tiêu tạo ra các giải pháp linh hoạt hơn, những nhà sản xuất như Hillcrest Labs, PNI Sensor, hay QuickLogic lại chọn cách phát triển bộ đồng xử lý dung hợp cảm biến độc lập có thể hỗ trợ cảm biến của nhiều nhà cung cấp khác nhau. Hệ thống kết hợp cả phần cứng và phần mềm như thế sẽ yêu cầu cảm biến gửi dữ liệu trước khi đẩy tới bộ đồng xử lý tiết kiệm điện của chính nó và quản lý - xử lý dữ liệu dựa trên thuật toán độc quyền riêng.

Cuối cùng, ở phương diện “mở”, một số đơn vị như MEMS & Sensors Industry Group lại tung ra những lựa chọn cho phép các nhà thiết kế khởi động việc phát triển các hệ thống dung hợp cảm biến theo yêu cầu của riêng họ. Thậm chí, một số còn cung cấp miễn phí các thuật toán phục vụ mục đích này cho cộng đồng kĩ sư thiết kế (ví dụ như Accelerated Innovation Community).

SwingSmart - một sản phẩm theo dõi sử dụng giao tiếp Bluetooth dành cho gậy golf.

Như thế, có thể thấy rằng sự kết hợp giữa cảm biến giá rẻ và các giải pháp dung hợp đơn giản đang có mặt trên thị trường, trào lưu dụng cụ thể thao thông minh không còn là điều xa vời và ngày càng trở nên phổ biến hơn. Chỉ cần nhìn qua một lượt ngay vào lúc này, không khó để chúng ta nhận ra rằng các loại cảm biến đã và đang có mặt trong hầu như mọi loại dụng cụ thể thao mà các vận động viên và người dùng hàng ngày vẫn vung, đấm hoặc mặc trên người – chưa kể vô vàn các sản phẩm mới đang được phát triển liên tục. Mới đây, một số kĩ sư của đại học Michigan (Noel C. Perkins ) và Pittsburg (William Clark) đã giới thiệu một tiện ích thông minh lắp thêm cho gậy bóng chày. Đây là một bo mạch nhỏ với các cảm biến cần thiết gắn vào tay cầm của gậy cho phép đo gia tốc ba chiều cũng như tần số quay theo cả ba trục trực giao. Sau đó, dữ liệu thu được chuyển sang một chiếc điện thoại thông minh để phân tích các thông số như thời gian vung gậy, tốc độ, khả năng kiểm soát… nhằm đưa ra những điều chỉnh để người chơi đạt được cú đánh thành công.

Những bộ quần áo thông minh như thế này sẽ giám sát chuyển động toàn thân cuả người dùng nhằm đưa ra thông tin toàn diện nhất.

Đại học Michigan cũng cấp chứng nhận sáng chế công nghệ mới cho công ty của Clark (mang tên Diamond Kinetics). Công ty này đã từng tung ra sản phẩm đầu tay của mình vào năm 2014 với tên gọi SwingTracker. Đây là phụ kiện có trọng lượng nhẹ gắn vào chuôi gậy bóng chày như mô tả ở trên. Điều thú vị là nó được phát triển ban đầu lại nhằm phục vụ cho mục đích… câu cá của Perkins.

Ở một khía cạnh khác, bên cạnh các dụng cụ thể thao, áo quần dành cho vận động viên cũng dần trở nên phức tạp hơn với sự hiện diện của các cảm biến. Dù vậy, hiện tại những giải pháp thông minh như thế chủ yếu được sử dụng bởi các vận động viên chuyên nghiệp là chính. Tuy nhiên, các ý kiến phân tích đều cho rằng chúng sẽ sớm trở nên đại trà ở thị trường tiêu dùng phổ thông. Khi điều này diễn ra, người dùng sẽ có thể tự phân tích chuyển động cơ thể trong nhiều môn thể thao khác nhau. Vào lúc này, dù đa số các giải pháp vẫn đang trong giai đoạn phát triển nhưng đã có ít nhất một đơn vị tung ra sản phẩm thương mại: đó là MAD Apparel. Với giá 400 USD, gói phụ kiện Athos Upper Body Package có khả năng phân tích sức ép lên các cơ theo thời gian thực nhờ chiếc áo thông minh tích hợp 14 cảm biến sinh học và lõi điều khiển trung tâm đặt trên vị trí tim người mặc.

Khi bị ràng buộc quá nhiều bởi thiết bị điện tử, liệu những trải nghiệm thể thao có bị ảnh hưởng tiêu cực hay không?

Song song với MAD Apparel, một công ty quần áo thông minh khác là Xsens Technologies (Hà Lan) cũng nổi lên trong thời gian vừa qua. Được Fairchild Semiconductor thâu tóm từ tháng 4/2014, Xsens sản xuất các bộ quần áo theo dõi chuyển động toàn thân cho các ứng dụng thể thao. Đây là sản phẩm phát triển dựa trên công nghệ ứng dụng trong việc làm phim hoạt hình và trò chơi điện tử trước kia. Thậm chí, một số nhà nghiên cứu độc lập cũng dùng sản phẩm của Xsens phục vụ cho các môn thể thao thông dụng như trượt tuyết, bắn cung, chèo thuyền…
Dù vậy, với các công ty chuyên về quần áo hay thiết bị, dụng cụ thể thao thông minh, một trong những mục tiêu quan trọng nhất lại không phải là thu thập dữ liệu mà là làm thế nào để tận dụng tối ưu những dữ liệu đó. Bản thân các vận động viên chuyên nghiệp cũng như người dùng phổ thông đều mong muốn đạt hiệu quả tối đa trong những buổi tập và các nhà sản xuất sẽ phải nỗ lực hết mình để đem lại điều đó.

Như vậy, có thể khẳng định rằng chỉ trong vòng vài năm tới, golf thủ với trang thiết bị tích hợp cảm biến dày đặc sẽ thi đấu theo cách khác hẳn hiện nay: kính mắt thông minh sẽ đưa ra những phân tích tuỳ theo từng lỗ đánh và địa hình cụ thể đồng thời ghi nhận/chơi lại tức thời mỗi cú đánh, các cảm biến chuyển động trong giày sẽ giúp định vị chân chính xác, quần áo với cảm biến thêu trong sợi vải sẽ giúp điều chỉnh hông và chân sao cho tối ưu nhất. Khi trái bóng rơi xuống cỏ, nó sẽ ngay lập tức truyền dữ liệu khoảng cách tới lỗ về điện thoại của người chơi. Câu hỏi đặt ra là: khi ấy, liệu các môn thể thao có còn thú vị như từ trước tới nay hay chăng?

PC WORLD VN, 04/2016