Dirbdamas laboratorijoje, jis kuria pažangius jutiklius įvairių ligų nustatymui, o su FTMC mokslo ambasadorių komanda keliauja po Lietuvos mokyklas. Tačiau šįkart, artėjant pasaulio futbolo čempionato kulminacijai, V.M.Mačiulis dalijasi įžvalgomis apie mokslą šiame žaidime.
Futbolininkai mokosi fizikos. Savaip
Jeigu norėtume geriau suprasti, kas yra Niutono atrasti trys klasikinės mechanikos dėsniai, FTMC mokslininkas patartų įsijungti futbolo rungtynes. Ypač ryškiai čia pasireiškia inercija: kūnas (šiuo atveju, kamuolys) lieka ramybės būsenoje arba juda pastoviu greičiu, kol jo nepaveikia jėga – žaidėjo koja ar galva. Jėgos ir pagreičio dėsnis gali tiesiogiai padėti pasiekti pergalę: kuo stipresnis smūgis į vartus, tuo greičiau lėks kamuolys – ir į jį bus sunkiau sureaguoti varžovų komandos vartininkui.
Tuo metu veiksmo ir atoveiksmio dėsnis gerai matomas, kai vartininkas, gaudydamas stipriai paspirtą kamuolį, šiek tiek patraukia rankas į save, kad sušvelnintų didelę atskriejančią jėgą. Kitaip sakant, saugosi, kad spyrio atoveiksmis – 80 km/val. greičiu atlekiantis kamuolys – nesulaužytų pirštų.
Kalbėdamas apie kitus fizikinius reiškinius, Vincentas Mindaugas primena trintį, su kuria žaidėjai ypač susiduria, kai stadione lyja: „Trintis tarp žolės ir kamuolio jį ir šiaip lėtina, o jei aikštėje yra balų, kamuolys tiesiog sustos vidury perdavimo. Todėl tokiomis sąlygomis žaisti futbolą sudėtinga. Egzistuoja ir oro pasipriešinimas: judantis kamuolys susiduria su oro molekulėmis, kurios jį stabdo.“
Tikri futbolo aistruoliai turėtų būti susipažinę ir su Magnuso efektu, kai besisukantis kamuolys iš pradžių skrieja tiesiai, bet dėl oro poveikio netrukus ima puslankiu krypti į vieną ar kitą pusę. Tokiu būdu, tinkamai paspyręs kamuolį, žaidėjas gali įmušti „suktą“ įvartį. Šį efektą itin pamėgę ir juo naudotis išmokę puolėjai, o vieni ryškiausių to pavyzdžių – garsieji argentiniečio, socialiniuose tinkluose „fiziku“ praminto Lionelio Messio ar brazilo Roberto Carloso baudos smūgiai.
Mokslo futbole iš tiesų yra daug, tačiau transliacijų metu mes mokslo indelio pamatome mažai. Gražus smūgis į vartus ar tikslus perdavimas per aikštelę yra fizika, kurią būtų galima peržiūrėti ir paanalizuoti, kad ir fizikos pamokose, mokyklose. Didžioji dalis mokslo indelio į futbolą (taip pat kituose sportuose) pasireiškia ne transliacijų metu.
Įvairūs jutikliai leidžia sekti žaidėjų veiksmus, savijautą, fizinį krūvį. Tai leidžia komandoms taikyti individualesnius treniravimosi režimus žaidėjams siekiant jų neišvarginti, trenerių štabui atlikti tikslius pakeitimus žaidimo taktikoje, ar sporto įrangos gamintojams įvertinti sportininkų poreikius kuriant naują futbolo batelį.
Kontraversiškiausias kamuolys futbolo istorijoje
Neatsiejama futbolo dalis yra naujausios technologijos – laboratorijose dirbančių mokslininkų sprendimai, kurie padeda žaidėjams ir treneriams... ar bent jau turėtų padėti. Pavyksta ne visada.
Tas, kuris sukūrė šį kamuolį, tikriausiai niekada gyvenime nežaidė futbolo.
V.M.Mačiulis pasakoja apie 2010-ųjų pasaulio futbolo čempionato skandalą dėl naujojo kamuolio, kuris buvo sukurtas šiam turnyrui, – „Adidas Jabulani“. Gamintojai jį pristatė kaip tikrą technologinę revoliuciją: neliko tradicinių siūlių, vietoj jų panaudota „Grip 'n' Groove“ (sukibimo ir griovelių) technologija, o kamuolio forma sukurta tobulai apvali. Buvo tikėtasi, kad visa tai žaidėjams padės žymiai lengviau valdyti kamuolį ir kontroliuoti jo skrydį. Bet rezultatas nutiko priešingas.
„Nepatenkinti buvo praktiškai visi, ypač vartininkai, nes paspirtas kamuolys skriedavo neprognozuojamai. Jis ore staiga galėdavo pakrypti į vieną ar kitą pusę, tad jį atmušti tapo labai sunku. Bet skundėsi ne tik vartininkai – pavyzdžiui, brazilų puolėjas Robinho turnyro metu buvo pareiškęs: „Tas, kuris sukūrė šį kamuolį, tikriausiai niekada gyvenime nežaidė futbolo.‘,“ – prisimena pašnekovas.
Kas nutiko? Kaip paaiškėjo, netekęs įprastų siūlių, „Adidas Jabulani“ paradoksaliai tapo per daug apvalus, ir, dėl aplink jį susidariusių chaotiškų oro srautų, per anksti nusileisdavo ant žemės ar netikėtai pakeisdavo kryptį. Nors šio kamuolio svoris buvo įprastas ir atitiko standartus (svėrė apie 440 g), žaidėjai jausdavo tartum spardytų žymiai lengvesnį, stipresniam vėjui neatsparų kamuolį. Dėl to žaidėjai ir komentatoriai pašiepdami jį vadindavo „sviedinuku“.
Jau artėjant kitam, 2014-ųjų, čempionatui, šis kamuolys netgi pateko į JAV kosmoso agentūros NASA Ames tyrimų centrą. Jame įkurtos Skysčių mechanikos laboratorijos mokslininkai aiškinosi, kodėl „Adidas Jabulani“ kartais taip neprognozuojamai keisdavo savo trajektoriją. Paaiškėjo, kad tai susiję su reiškiniu, kuris beisbole vadinamas knuckleball.
„Tai yra viena iš padavimo technikų beisbole, kai kamuolys tam tikru būdu paleidžiamas taip, kad nesisuktų. Įprastai mesdami ar spirdami kamuolį jam natūraliai suteikiame šiek tiek sukimosi, ir būtent jis lemia trajektoriją: jei kamuolys sukasi į vieną pusę, skrendant ore jis ir skrieja ta kryptimi. Tokia fizika.
Bet jei kamuolys beveik nesisuks, jo judėjimas taps žymiai sunkiau prognozuojamas. Jis gali staiga pakeisti kryptį arba nusileisti per anksti. Atrodo, kad kamuolį tuoj pagausi, bet paskutiniu momentu jis pasirodo esantis gerokai žemiau, nei tikėtumeisi.
Tas pats principas pasireiškė ir futbole. Išskirtinė kamuolio konstrukcija lėmė, kad šis efektas tapo ryškesnis. Iš tiesų visi futbolo kamuoliai gali sukelti knuckleball efektą, tačiau skirtingais greičiais. Tradiciniai futbolo kamuoliai šį efektą įgaudavo maždaug esant 40–50 km/val. greičiui – tai panašu į stipresnio perdavimo greitį. Todėl žaidime šio reiškinio beveik nepastebėdavome.
Naujieji kamuoliai tą patį efektą pradėdavo demonstruoti maždaug ties 80 km/val. greičiu, o būtent tokiu greičiu dažnai atliekami smūgiai į vartus. Dėl to stipriai spirtas kamuolys staiga tapdavo daug sunkiau nuspėjamas – kaip tik tada, kai vartininkui to labiausiai nereikėdavo“, – pasakoja FTMC mokslininkas.
Gavę NASOS tyrėjų išvadas, „Adidas“ suprato savo klaidas, ir 2014 m. pasaulio čempionate jokių skandalų dėl kamuolio neįvyko.
Jutikliai – žaidimo tikslumui ir žaidėjų sveikatai
Kalbant apie šias dienas, 2026 m. pasaulio čempionato kamuolys „Adidas Trionda“ pasižymi tuo, kad jame įdiegta „Connected Ball“ technologija: pažangus jutiklis 500 kartų per sekundę fiksuoja kamuolio judėjimą, greitį bei prisilietimus – ir visus duomenis realiuoju laiku perduoda už vaizdo pakartojimus atsakingai VAR (angl. Video Assistant Referee) sistemai bei vartų linijos technologijai. Tai padeda tiksliau nustatyti nuošalę, kamuolio lietimą ranka, pražangas, įvarčius ir kitus žaidimo elementus. Beje, tokie kamuoliai yra įkraunami belaidžiu būdu.
„Išmanieji kamuoliai pirmąkart oficialiai pradėti naudoti 2022 m. pasaulio čempionate Katare. Juose įdiegtos technologijos, padedančios nustatyti kamuolio judėjimo kryptį, greitį, sukimąsi ir padėtį erdvėje.
Šie duomenys svarbūs ne tik teisėjams, bet ir analitikams. Profesionaliame futbole beveik kiekviena komanda renka ir analizuoja kamuolio judėjimo informaciją: perdavimų kryptis, jų ilgį, kamuolio kontrolės laiką ir daugybę kitų rodiklių.
Po rungtynių didžioji dalis šių duomenų paverčiama statistika. Matome sėkmingų ir nesėkmingų perdavimų skaičių, smūgių vietas, kamuolio judėjimo žemėlapius ir kitą informaciją. Vieni duomenys gaunami iš kamuolio, kiti – iš jutiklių, kuriuos dėvi patys žaidėjai“, – sako mokslininkas.
Jutikliai ant futbolininkų daugiausia naudojami fiziniam krūviui stebėti: kiek žaidėjas nubėgo, atliko sprintų, staigiai sustojo, intensyviai pagreitėjo ar sulėtėjo. Pašnekovas atkreipia dėmesį ir į šuolius futbole: žaidėjai pašokdami dažnai kovoja dėl kamuolio, o tokie veiksmai apkrauna sąnarius, ypač kelius ir čiurnas – todėl komandų medicinos personalui svarbu stebėti šiuos rodiklius, kad būtų užkirstas kelias galimoms traumoms.
Kalbėdamas apie ateities technologijas, Vincentas Mindaugas viliasi, kad didžiausias dėmesys bus skiriamas žaidėjų sveikatai ir ilgaamžiškumui – ir kad nauji sprendimai padės geriau suprasti, kaip konkretus futbolininkas reaguoja į fizinį ir psichologinį krūvį, kiek laiko jam reikia atsigauti po rungtynių ar traumų:
„Kai turnyrų daugėja, sezonai ilgėja, o žaidėjams tenka sužaisti nebe trisdešimt, o penkiasdešimt ar šešiasdešimt rungtynių per sezoną, kyla klausimas – kada jiems pailsėti?
Traumos yra neišvengiama kontaktinio sporto dalis, tačiau galbūt technologijos galėtų padėti tiksliau įvertinti reabilitacijos procesą ir sumažinti pakartotinių susižeidimų riziką. Galiausiai, kaip futbolo sirgalius, linkiu žaidėjams būtų sveikiems, kad jie galėtų mus ilgai džiuginti aikštėje. Niekam nesinori matyti istorijų, kai talentingą sportininką karjeros pradžioje sustabdo rimta trauma.“
Technologijos kūrimą paskatino skandalas
V.M.Mačiulis primena dar vieną itin svarbų akcentą – vartų linijos technologiją (angl. Goal-Line Technology). Didelės spartos vaizdo kameros leidžia nustatyti, ar buvo įmuštas įvartis – ir tą pačią sekundę rungtynių teisėjas apie tai gauna signalą savo išmaniajame laikrodyje.
Pasak pašnekovo, tokios technologijos atsiradimui didžiulės įtakos turėjo minėto 2010 m. pasaulio čempionato skandalas: aštuntfinalio rungtynėse tarp Vokietijos ir Anglijos, vokiečiams pirmaujant 2:1, anglų saugas Frankas Lampardas įmušė įvartį, kurio teisėjai neužfiksavo. Rezultatas turėjo būti 2:2, ir neaišku, kaip tada būtų pasibaigusios rungtynės. Tačiau skaičiai švieslentėje nepasikeitė, ir galiausiai vokiečiai laimėjo 4:1.
„Pagal futbolo taisykles įvartis įskaitomas tik tada, kai visas kamuolys kerta vartų liniją. Jei nors maža jo dalis lieka virš linijos, įvartis nefiksuojamas. Reikėjo technologijos, kuri galėtų tiksliai nustatyti kamuolio padėtį, tačiau anuo metu jos dar nebuvo.
Lampardo smūgis laikomas vienu garsiausių neįskaitytų įvarčių istorijoje. Kamuolys atsimušė į skersinį, nusileido už vartų linijos ir iššoko atgal į aikštę, tačiau teisėjai to neįskaitė, nes nepastebėjo, kad kamuolys buvo kirtęs liniją – nors vaizdo transliacijos pakartojimuose įvartis aiškiai matėsi.
Tai buvo lūžio taškas, po kurio imtasi sparčiai diegti vartų linijos technologiją“, – teigia chemikas.
Kita svarbi futbolo dalis yra vaizdo peržiūrų sistema VAR (futbole plačiai pradėta naudoti tik 2018 m.): keliolika kamerų yra strategiškai išdėstomos stadione, kur kiekviena stebi skirtingus žaidimo aspektus. VAR paskirtis – suteikti teisėjui galimybę peržiūrėti epizodą ir pasitikrinti, ar sprendimas buvo priimtas teisingai.
„Įdomesnė technologija, išaugusi iš VAR sistemos, yra pusiau automatinis nuošalės nustatymas. Jį matėme pasaulio čempionatuose, kai ekrane atsiranda animacija, brėžiamos linijos ir vizualiai parodoma, ar žaidėjas buvo nuošalėje.
Ši sistema veikia todėl, kad kameros seka kiekvieną žaidėją ir įvairias jo kūno dalis – pečius, klubus, kelius, alkūnes ir taip toliau. Kiekvienai jų priskiriami matematiniai taškai. Surinkus informaciją iš visų kamerų, sukuriamas tikslus žaidėjų padėčių modelis. Tuomet bet kuriuo momentu galima atkurti situaciją ir tiksliai nustatyti, ar buvo užfiksuota nuošalė“, – pasakoja V.M.Mačiulis.
Gamta kaip gynėjas futbole
Pokalbio metu pašnekovas dėvi džemperį su savo mylimiausio futbolo klubo – Londono „Arsenal“ – simbolika. Vincentas Mindaugas šypsodamasis sako, kad buvo laikotarpis, kai net negalėdavo ramiai žiūrėti jų rungtynių, nes dėl streso būdavo tiesiog per sunku, komandai ilgus metus vis nepavykdavo iškovoti titulų. Tačiau šiemet pagaliau yra kuo džiaugtis: „Arsenal“ tapo stipriausio Anglijos turnyro „Premier League“ nugalėtojais, o UEFA Čempionų lygoje nužygiavo iki didžiojo finalo.
„Futbolas ir „Arsenal“ man yra artimi nuo pat vaikystės. Kai buvau mažas, daug draugų eidavo mėtyti į krepšį. Aš irgi kartu su jais, nes tiesiog niekas kitas nežaisdavo futbolo“, – juokiasi V.M.Mačiulis.
Ši sporto šaka jam artima dėl to, kad yra dramatiška ir nenuspėjama: net ir kur kas silpnesnė komanda, jei tik bus kantri gynyboje, gali sulaukti savo šanso ir netikėtai laimėti. Todėl chemikui labai patinka „mažos“ futbolo rinktinės, kaip, pavyzdžiui, šio čempionato metu daugelį nustebinusi ir sužavėjusi Norvegija. Pašnekovas priduria, kad skirtingos rinktinės ir klubai vadovaujasi labai skirtingais žaidimo stiliais, ir tai suteikia papildomo žavesio.
O ar įmanoma Vincento Mindaugo kasdienę veiklą palyginti su futbolu? FTMC Nanotechnologijų skyriaus mokslininkas svarsto, kad tiek laboratorijoje, tiek stadione daug kas priklauso nuo komandos, jos lyderių ir kruopštaus darbo:
„Kartais turi vadovą, kuris labai detaliai viską kontroliuoja ir reikalauja tiksliai vykdyti nurodymus. Tokiose laboratorijose darbas būna itin kruopštus ir struktūruotas. Kitais atvejais vadovas suteikia daugiau laisvės eksperimentuoti, ieškoti savo sprendimų ir kūrybiškai žvelgti į problemas.
Panašumų su futbolu yra ir daugiau. Moksle daug statistikos, daug bandymų ir pakartojimų. Bet yra ir improvizacijos. Vieni eksperimentai pavyksta iš pirmo karto, kiti ne. Kai nepasiseka, tenka ieškoti kito sprendimo. Galima sakyti, kad tokiais momentais gamta tampa „gynėju“, kurį mums reikia apeiti. Tuomet tenka keisti metodus, pažvelgti į problemą iš kitos perspektyvos ir ieškoti naujo kelio rezultatui pasiekti.“
