Пенальти — это «нерв» футбола. Один удар с одиннадцати метров часто решает исход важнейших матчей: финалов чемпионатов мира, Лиги чемпионов, национальных кубков. Для вратаря это почти лотерея. У него есть считанные миллисекунды, чтобы среагировать после удара. Шансы угадать направление полета мяча, полагаясь лишь на собственную реакцию и интуицию, невысоки. 

Традиционная подготовка включает изучение привычек конкретных игроков, анализ их предыдущих ударов, психологическую настройку. Но в момент реального пенальти голкипер остается один на один с неизвестностью, действуя на грани возможностей человеческой реакции. 

Технологии пока мало помогают в этой ситуации в режиме реального времени. Ученые давно ищут способы понять, можно ли по движениям игрока до удара предсказать траекторию мяча. Исследования в области биомеханики и психологии спорта пытались найти закономерности, но создать практическую систему для мгновенного прогноза до сих пор не удавалось.

Команда испанских исследователей под руководством Давида Фрейре-Обрегона (David Freire-Obregón) из Университета Лас-Пальмас-де-Гран-Канария поставила перед собой амбициозную задачу: применить мощь искусственного интеллекта для решения загадки пенальти. Они собрали огромную базу данных — видеозаписи 1010 реальных пенальти, исполненных во время чемпионата Испании.

Статья по теме: У профессиональных гребцов нашли опасное нарушение сердечного ритма

Однако не все записи подошли для обучения нейросетей. Ученые тщательно отобрали материал. Они отбросили ролики с плохим качеством изображения, слишком короткие клипы или те, где обзор заслоняли другие игроки или объекты. В итоге для анализа осталось 640 «чистых» видеозаписей пенальти — достаточный объем для обучения сложных моделей.

Исследователи загрузили эти записи в 22 различные модели глубокого обучения. Перед нейросетями поставили конкретную задачу: просматривая видео, предсказать, в какую сторону от вратаря полетит мяч — влево, вправо или по центру. Важной подсказкой для алгоритмов служила информация о том, какой ногой бьет игрок — правой или левой. Это ключевой фактор, влияющий на биомеханику удара.

Результаты поразили самих ученых. Лучшая из нейросетей продемонстрировала впечатляющую точность. Когда модель пыталась предсказать все три возможных направления удара (влево, вправо, по центру), она угадывала верно в 52 процентах случаев. Это сразу показало превосходство над реальными вратарями, которые в тех же самых матчах, по данным исследования, угадывали направление лишь в 46 процентах случаев.

Но настоящий прорыв случился, когда ученые усложнили задачу, убрав из анализа удары по центру. Этот вариант игроки выбирают реже, и его предсказание может искажать общую картину. 

Статья по теме: Занятия аквааэробикой помогли уменьшить талию за 12 недель

Сосредоточившись только на ударах влево или вправо от вратаря, лучшая нейросеть показала точность 64 процента. Разрыв с человеческими возможностями стал еще заметнее — реальные голкиперы в аналогичной ситуации (предсказание «лево/право») угадывали направление примерно в 55 процентах случаев. Машина оказалась точнее человека.

Авторы исследования объяснили успех способностью ИИ улавливать мельчайшие, практически невидимые человеческому глазу нюансы в движениях футболиста еще до момента удара по мячу. 

Алгоритм анализирует постановку опорной ноги, угол разворота корпуса, замах ударной ноги, положение плеч и головы — все то, что человек воспринимает интуитивно, но не может измерить и интерпретировать с такой скоростью и точностью.

Выводы испанских исследователей открывают новые возможности для подготовки вратарей. Технологию можно использовать на тренировках: анализируя видеозаписи собственных действий или действий потенциальных соперников, голкиперы смогут лучше понимать паттерны движений, выдающие намерение бьющего. Это позволит целенаправленно отрабатывать реакцию на конкретные типы ударов.

Однако внедрение системы в реальные матчи — задача будущего. Передавать голкиперу прогноз ИИ в режиме реального времени во время исполнения пенальти — сложная техническая и, возможно, этическая проблема. Вероятно, этот процесс даже нарушит правила ФИФА и УЕФА. 

Подробнее с выводами ученых можно ознакомиться в статье, опубликованной на сайте электронного архива научных статей и препринтов Корнеллского университета.