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投球的關鍵在指尖!「指壓棒球」技術追蹤投手動作,運動科技解密每種球路背後的秘密

111/09/30 瀏覽次數 962
圖一

圖一:投手投出的每顆球,在不到一秒的時間內,就能由投手丘抵達本壘板。而手指尖端的施力、摩擦對於投球的招式、球速、轉速有關鍵性的影響。(影像來源:Unsplash)

棒球場投手丘上,投手旋身跨步,手臂由後往前揮出,落到出手位置。在此一瞬間,投手手中的棒球以極速朝向本壘奔去,越過 18 公尺的距離,進到好球帶中。
這是在棒球比賽中常見的一系列動作,也是諸多選手常年苦練的成果。如何利用精準的科技工具,收集、分析資訊,從而提供選手與教練訓練建議,使運動表現更上一層樓,是「精準運動」(Precise sports)研究的重要目標。
元智大學電機工程學系施皇嘉教授是「基於人工智慧大數據資訊分析及關鍵運動參數擷取-棒球投打訓練最佳化及球員狀態快篩技術研發」總計畫主持人,而他的研究專長,就是多媒體內容分析、運動訊號分析。基於對棒球運動的熱愛,讓他也決定進一步投入於「指壓棒球」的硬體設備開發與資訊分析研究,打造訓練棒球投手的秘密武器。

影像分析 + AI,精準分析棒球選手個人化訓練

棒球隊中最受矚目的角色,莫過於扮演勝負關鍵的投手了。投手投出的每顆球,在短短不到一秒鐘的時間內,就能由投手丘抵達本壘板。而在出手之時,手指尖端的施力、摩擦對於投球的招數、球速、轉速、球威(編按:球投出後的威力)可說有關鍵性的影響。
「(投球的重點)大部分還是兩個手指頭,手指的剛性要夠,力量跟速度要做對抗。」從辦公桌底下隨手翻出一顆棒球,施皇嘉展示不同球路在棒球表面手指施力的位置。無論是直球、曲球、變化球、伸卡球,種種球路上的變化,皆與指尖的施力息息相關。
他強調,重點尤其在出手瞬間的指尖壓力,如果放在縫線不同的位置,就會出現不同的球路。施皇嘉研究團隊研發的「指壓棒球」透過在球體中埋入壓力與慣性測量單元等感測器(Inertial measurement unit, IMU),試圖探討各種球路的關鍵位置,並且配合更多資料進行後端分析,希望能在未來提供投手狀態評估與訓練方式的精準建議。
除了研發中的指壓棒球、球棒、打擊手套,施皇嘉的研究專長為多媒體內容分析與運動訊號分析。這些領域在國內可能較為陌生,還沒有完全走入運用,但在運動產業發達的國家如美國早已蓬勃發展。近年來許多影像分析的軟體加入人工智慧(AI)演算法,除了視訊安全監控、影像分析之外,從選手的心跳節奏,到棒球投手的重心轉移,其他更細緻微觀的領域也都可以有相關應用。施皇嘉分享,運動分析本身相當複雜,但也十分有趣,有許多見微知著的研究空間。

圖二

圖二:施皇嘉研究團隊研發的「指壓棒球」透過在球體中埋入感測器,探討各種球路的關鍵位置,並且配合更多資料進行後端分析,希望能提供投手狀態評估與訓練方式的精準建議。(影像來源:施皇嘉教授)

硬體研發時間長,成為運動科技數據化紀錄的挑戰之一

2017 年臺灣主辦世界大學運動會(簡稱世大運)獲得不錯的成果後,當時的科技部廣邀「精準運動科學研究專案計劃」,也開啟了施皇嘉首次跨足硬體開發研發契機。談到研發如指壓棒球、打擊手套這類的硬體,與過往的軟體研究為主有哪些差異?「硬體研發的時間漫長多了!」施皇嘉感嘆。
指壓棒球乍看就像一般的棒球,但由於球體內埋有感測器,因此脆弱許多、不耐碰撞,萬一測試中失手落地或撞牆,感測器就有失靈的風險。也曾發生過團隊精心製作的智慧球棒,請來選手協助進行測試,選手輕鬆試揮的動作就足以讓感測器的焊接點鬆脫,讓當天的測試只能草草結束。施皇嘉強調,無論是重新製作或修復零件,都相當耗時。

指壓棒球數據化未來發展

「這條路還很長,到商品化也還有一段距離。」施皇嘉坦言,硬體的困難在於需要不斷的改版,要先求有、再求穩定。雖然指壓棒球的硬體開發十分耗時,施皇嘉對於目前的成果仍然非常興奮,團隊未來的目標除了開發更耐用、數據取樣頻率更高的指壓棒球,也期待能系統化將指壓棒球的數據與其他資訊如運動影像同步紀錄、分析,甚至將現有的感測器系統應用到更多的運動種類,如高爾夫球、羽球、跑步機等項目中。
精準運動強調將訓練數據化,相較於過往運動訓練仰賴教練的「感覺」,透過科學量測將之量化,提供選手與教練明確回饋,使訓練的細節更精準可靠,甚至可以進一步提醒選手的疲倦程度、避免訓練過度的危機。期待精準運動技術持續發展,為臺灣運動做出更多貢獻。

圖三

圖三:指壓棒球的困難在於需要不斷的改版,到實際商品化還有一段距離。(影像來源:施皇嘉教授)

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