Фізики навчилися відрізняти досвідчених футболістів від новачків під час тренування

Японські вчені розробили фізичну модель соціальної поведінки, яка описує командні взаємодії футболістів під час тренувальних вправ. Емпіричні дані авторам роботи вдалося точно описати за допомогою трьох типів сил, одна з яких - сила взаємодії з партнерами по команді - дозволяє відрізнити досвідчених гравців від новачків. Поки за допомогою запропонованої моделі було описано лише одну просту вправу, що включає тільки чотирьох гравців, проте в майбутньому подібна модель може бути розширена і на більше число учасників, в тому числі і на реальну гру, пишуть вчені в.


Сучасний спорт високих досягнень вже неможливо уявити без математичного та фізичного аналізу. Для підвищення ефективності в командних видах спорту наукові підходи використовуються не тільки для вивчення біомеханіки окремих спортсменів з метою поліпшення їх технічних навичок, але і збирається величезна кількість різноманітних статистичних показників - кількість здійснених за гру технічних і тактичних дій гравців, аналіз яких дозволяє підібрати на кожну гру оптимальний склад і тактику. Для збору та аналізу цих даних застосовуються в тому числі і сучасні технічні методи: наприклад, нещодавно ми писали про те, як у сучасному хокеї на рівні олімпійських збірних використовуються методи машинного навчання. Крім цього, нейромережі використовуються, наприклад, для аналізу колективної поведінки футболістів на полі.


Японські фізики під керівництвом Кеіко Іокоями (Keiko Yokoyama) з Нагойського університету вирішили описати колективну поведінку спортсменів у командних іграх з м'ячем, використовуючи для цього не статистичний аналіз або комп'ютерні методи, а більш наочні фізичні моделі. Для цього вони розглянули одну зі стандартних вправ - «трикутник», - яку використовують, наприклад, під час футбольних тренувань для моделювання ситуацій, що часто зустрічаються в самій грі, і поліпшують синхронізацію дій на полі. Вправа полягає в тому, що три гравці розташовуються по вершинах трикутника і пасують один одному м'яч, прагнучи зберегти його якомога довше, зробивши при цьому максимальну кількість передач за півтори хвилини, а четвертий - повинен цей м'яч перехопити.

Для опису такої ситуації була запропонована найпростіша модель, в якій чотири футболісти являли собою рухомі точки з мінливою координатою, в результаті чого в трикутнику з гравців, що володіють м'ячем, постійно змінюється довжина сторін і співвідношення кутів. За допомогою такої моделі вчені спробували описати дані, отримані в експерименті, в якому брали участь 32 гравці: 16 досвідчених спортсменів і 16 новачків. Виявилося, що динаміка руху досвідчених футболістів-початківців суттєво відрізняється. Так, у першому випадку гравці намагаються розташовуватися по вершинах рівностороннього трикутника, і кожен з трьох кутів цього трикутника лише трохи відхиляється від 60 градусів. Трикутник з початківців футболістів змінює свою геометрію значно сильніше, і дії футболістів виявляються дуже слабо скоординовані між собою.

Щоб описати отримані емпіричні результати, було запропоновано використовувати модель соціальних взаємодій, що включає в себе чотирьох гравців зі своєю конкретною роллю: пасуючого, приймаючого або вільного гравця - в трикутнику, або захисника, який повинен перехопити м'яч. При кожній передачі ролі змінюються, зсуваючись по або проти годинникової стрілки. Взаємодія між гравцями описується трьома типами сил: кооперативною силою (cooperative force), яка відповідає за відштовхування і тяжіння гравців у трикутнику, сили уникнення (avoiding force), яка не дає гравцеві в трикутнику занадто зблизитися із захисником, і просторової сили (spatial force), яка не дає гравцям сильно відхилитися від центру ігрової зони.

Для математичної оцінки внеску кожної з трьох сил вчені провели комп'ютерну моделювання цієї системи, поперемінно виключаючи з неї одну з сил. Виявилося, що з цих трьох сил найбільший ефект на синхронізацію дій надає кооперативна сила, яка описує взаємодію між партнерами. Саме це відрізняє досвідчених гравців від новачків: можливість швидко визначати положення партнерів на майданчику і рухатися, вже орієнтуючись на нього. Інші дві сили теж впливають на динаміку всієї системи, але не таке велике, як кооперативна сила.

Такої моделі, що включає ці три сили в знайденому співвідношенні, виявилося достатньо для досить точного опису колективної поведінки гравців у вправі. У тому числі, за допомогою такого підходу вдалося успішно описати різницю між новачками і досвідченими гравцями. Вчені відзначають, що опис за допомогою запропонованої моделі більш складних систем, що включають більшу кількість гравців, допоможе описати особливості колективної поведінки гравців в реальних іграх. Крім того, така модель може використовуватися в освітніх цілях для допомоги спортсменам-початківцям поліпшити навички командної взаємодії.

Також автори дослідження відзначають, що розроблена модель може використовуватися не тільки для опису командних взаємодій в ігрових видах спорту, але і для вивчення динаміки колективного руху тварин у зграях, наприклад, при атаці хижака або при будівництві мурашками мурашників.


Для опису рухів спортсменів під час ігор часто використовують підходи з інших розділів фізики. Наприклад, французькі гідродинаміки показали, що переміщення футболістів на поле під час матчу можна порівняти з турбулентним рухом частинок рідини в обмежених обсягах.

COM_SPPAGEBUILDER_NO_ITEMS_FOUND