Репортаж от Wedoany，На зеленом поле чемпионата мира по футболу 2026 года мяч, оснащенный встроенным инерциальным датчиком MEMS, чипом сверхширокополосного позиционирования и катушкой беспроводной зарядки, регистрирует моменты касания с частотой 500 раз в секунду. С помощью 12 базовых станций достигается сантиметровая точность позиционирования, что предоставляет ключевые данные для полуавтоматического определения офсайда.
Встроенный инерциальный датчик этого мяча фиксирует изменения ускорения с частотой 500 раз в секунду, а чип сверхширокополосного позиционирования излучает импульсные сигналы на 12 базовых станций, расположенных по периметру поля, определяя трехмерное положение мяча с сантиметровой точностью. Время касания и линия офсайда автоматически определяются менее чем за полсекунды.
Технологическая передача MEMS-датчиков началась в период холодной войны. В конце Второй мировой войны немецкие ракеты V-2 первыми использовали механические гироскопы для инерциального наведения. В период холодной войны лаборатория под руководством профессора Чарльза Старка Дрейпера из Массачусетского технологического института разработала прецизионные инерциальные навигационные системы для стратегических вооружений, таких как крылатые ракеты «Томагавк», баллистические ракеты подводного базирования «Поларис» и стратегические бомбардировщики B-52. В конце 1980-х годов зародилась технология микроэлектромеханических систем (MEMS), позволяющая вытравливать микромеханические структуры на кремниевых пластинах с помощью полупроводниковых процессов. В 1993 году компания Analog Devices выпустила ADXL50 — первый в мире коммерчески доступный MEMS-акселерометр, используемый в автомобильных подушках безопасности для обнаружения столкновения и запуска за 30 миллисекунд. В 2007 году трехосевой MEMS-акселерометр LIS302DL от STMicroelectronics был установлен в первом iPhone для определения ориентации телефона, что стало первым массовым внедрением MEMS-датчиков в повседневную жизнь миллиардов потребителей. За последующие десять лет размеры MEMS-датчиков уменьшились до 3×3 мм, а стоимость снизилась до 1–2 долларов, что позволило широко использовать их в шагомерах телефонов, стабилизации полета дронов, трекерах фитнес-браслетов и сенсорном управлении консоли Nintendo Wii. На чемпионате мира по футболу 2018 года в России игроки впервые использовали носимые датчики на основе MEMS. На чемпионате мира 2022 года в Катаре официальный мяч Adidas «Al Rihla» был оснащен инерциальным измерительным блоком частотой 500 Гц, разработанным совместно немецкой компанией KINEXON и Adidas, который записывал трехосевые данные ускорения 500 раз в секунду, точно определяя момент касания мяча. Ожидается, что на чемпионате мира 2026 года частота дискретизации встроенного инерциального измерительного блока мяча возрастет до 1000 Гц или выше, возможно, с интеграцией девятиосевого инерциального измерительного блока.
Истоки технологии сверхширокополосного позиционирования восходят к 1960-м годам. Из-за чрезвычайно узких импульсов и широкого спектра сигналы UWB трудно перехватить и декодировать узкополосным приемникам, поэтому Министерство обороны США использовало их для радаров с низкой вероятностью перехвата на самолетах-невидимках и защищенной полевой связи. В 2002 году Федеральная комиссия по связи США издала постановление, разрешающее использование диапазона 3,1–10,6 ГГц для гражданских устройств UWB. Впоследствии UWB в основном применялся в корпоративных сценариях, таких как позиционирование персонала в шахтах, отслеживание оборудования в больницах и управление вилочными погрузчиками на складах. В сентябре 2019 года Apple встроила собственный чип U1 в серию iPhone 11, обеспечив пространственное восприятие. В апреле 2021 года был выпущен AirTag со встроенным чипом U1, использующий сантиметровое точное измерение расстояния для помощи пользователям в поиске предметов. В том же году BMW представила цифровой ключ автомобиля на основе UWB. На чемпионате мира 2022 года в Катаре FIFA совместно с KINEXON установила 12 базовых станций UWB на каждом стадионе. Официальный мяч «Al Rihla» был оснащен встроенным датчиком UWB, который десятки раз в секунду излучал импульсные сигналы на базовые станции, вычисляя трехмерное положение мяча по разнице времени пролета с точностью до сантиметра. Ожидается, что на чемпионате мира 2026 года система позиционирования UWB повысит частоту обновления, возможно, впервые обеспечив трехмерную визуализацию полной траектории мяча в реальном времени на протяжении всего матча.
Принцип технологии беспроводной зарядки восходит к идее электромагнитной индукции Николы Теслы в 1890-х годах. Тесла построил башню Уорденклиф на Лонг-Айленде в Нью-Йорке, пытаясь передавать электроэнергию по всему миру с помощью низкочастотных электромагнитных волн, но проект был остановлен из-за отзыва инвестиций. В XX веке технология беспроводной зарядки впервые была применена в зарядных базах электрических зубных щеток и медицинских имплантатах, таких как кардиостимуляторы. В 2008 году был основан Консорциум беспроводной зарядки. В 2010 году консорциум выпустил стандарт Qi. В 2017 году Apple впервые поддержала беспроводную зарядку Qi в iPhone 8 и iPhone X. В 2007 году команда Марина Сольячича из Массачусетского технологического института опубликовала в журнале Science статью о магнитном резонансе для беспроводной зарядки, открыв путь для беспроводной зарядки электромобилей на расстоянии. Компании, такие как WiTricity, впоследствии коммерциализировали эту технологию. В 2020-х годах некоторые интеллектуальные тренировочные мячи начали использовать решения для беспроводной зарядки, где катушка полностью герметизирована внутри корпуса мяча без открытых электродов. Официальный мяч чемпионата мира 2022 года по-прежнему работал от традиционных батарей. Отраслевые эксперты прогнозируют, что официальный мяч чемпионата мира 2026 года может использовать решение для беспроводной зарядки, с встроенной приемной катушкой и микробатареей или суперконденсатором.
Китай демонстрирует различные модели развития в трех технологических областях. В области MEMS-датчиков Китай является крупнейшим потребительским рынком в мире. Компания Goertek Microelectronics занимает более 30% мирового рынка акустических MEMS-датчиков и входит в цепочку поставок Apple и Samsung. Компании AAC Technologies, BYD Semiconductor и MEMSIC Semiconductor добились прорывов в таких категориях, как акселерометры и датчики давления. Однако в высокоточных продуктах, таких как тактические и навигационные MEMS-инерциальные датчики, Китай по-прежнему зависит от импорта. Ключевые инструменты проектирования, производственные процессы и испытательное оборудование контролируются зарубежными компаниями, такими как Bosch, STMicroelectronics, TDK-InvenSense и Analog Devices. В области UWB-позиционирования местные компании, такие как Jingwei Technology, Haoyun Technology, Qingyan Xunke и Yibaide, уже выпустили чипы позиционирования и базовые станции с собственной интеллектуальной собственностью, получив массовое применение в корпоративных сценариях, таких как позиционирование персонала в угольных шахтах и управление вилочными погрузчиками на складах. В 2021 году компания Xiaomi представила технологию UWB «Одно касание». Ключевая интеллектуальная собственность и передовое производство высококлассных UWB-чипов по-прежнему контролируются зарубежными компаниями, такими как Apple, NXP и Qorvo. В области беспроводной зарядки Китай является наиболее конкурентоспособным регионом, будучи крупнейшим в мире производителем и потребительским рынком устройств беспроводной зарядки. Компании Huawei, Xiaomi, OPPO и vivo уже выпустили решения для быстрой беспроводной зарядки мощностью от 50 Вт до более 100 Вт. В разработке стандарта Qi Huawei, Xiaomi и ZTE являются ключевыми участниками из Китая. В области беспроводной зарядки электромобилей компании BYD, ZTE New Energy и Teld уже реализовали демонстрационные проекты мощной беспроводной зарядки. Цепочка поставок беспроводной зарядки, от магнитных материалов и эмалированного провода на верхнем уровне до сборки модулей на среднем уровне и производства конечных продуктов на нижнем уровне, сформировала полный цикл. Однако в системе сертификации технологий официальных мячей уровня FIFA и поставок ключевых датчиков китайские компании еще не вошли в список основных поставщиков. Европейские компании, такие как Adidas и KINEXON, по-прежнему доминируют на этом рынке.
