Использование технологий искусственного интеллекта в спорте

Введение. Сегодня особый интерес возникает к проблеме применения искусственного интеллекта в спорте. Разработка и внедрение инновационных технологий в разные направления человеческой деятельности с каждым днем становятся все более популярными и востребованными. За счет того, что появляются уникальные разработки и интеллектуальные методики, а также новые подходы к изучению сферы информационных технологий решаются сложные задачи в области спорта. Использование возможностей искусственного интеллекта обретает ощутимый потенциал. Бытовые процессы жизнедеятельности общества становятся многосторонними и разнонаправленными. На сегодняшний день ученые и практики активно отслеживают прогресс и оптимизацию программ физических тренировок. Производительность спортсменов, при подготовке которых осуществляется применение искусственного интеллекта, улучшается. Искусственный интеллект позволяет прогнозировать риск травм, помимо этого, оптимизировать игровые стратегии.

Рассматривая тему искусственного интеллекта, необходимо проанализировать сущность данного понятия. Искусственный интеллект – это новая, развивающаяся система, иными словами, программный комплекс, направленный на создание машин, реализующих задачи анализа и прогнозирования данных в спортивной аналитике [1]. С течением времени определение понятия «искусственный интеллект» расширяется, тем самым приобретая новые аспекты и развивая направления, в которых могут применяться возможности ИИ. Остается неизменным одно: нейронные сети способны на машинное воспроизведение человеческих навыков, а также автоматизацию любого процесса с учетом поставленных задач. Помимо спорта, инновации находят применение в лингвистике, бизнесе, логистике, медицинской диагностике, образовательной деятельности, промышленной и транспортной сфере. По своей природе технологии искусственного интеллекта развиваются не так быстро и зависят от особенностей технического прогресса. Реагируя на различные потребности человечества, некоторые направления ИИ способны кардинально изменить спорт, деятельность спортсменов, а также решить проблемы, возникающие у тренерского штаба и болельщиков. Большая часть приложений, используемых в рамках спортивных инноваций, направлена на анализ и отслеживание тренировок. Важно понимать, что первоначально искусственный интеллект был обращен на распознавание речи и перевод текста с иностранного языка на русский. Уже на современном этапе развития общества список способностей ИИ настолько расширился, что изложить их на нескольких страницах не получится. Данный факт обуславливает необходимость рассмотрения вопросов актуальности и эффективности внедрения технологии искусственного интеллекта в физическую подготовку и спорт современной молодежи.

По мнению Е.И. Стоянова и Н.В. Данилова, задачи спорта с каждым годом расширяются, в связи с чем, растет потребность в различного рода преобразованиях [2]. Несмотря на то, что в определенные периоды своего существования искусственному интеллекту был характерен застой, технология нейронных сетей, существующая сегодня в спорте, достаточно значима и полезна. С искусственным интеллектом, а именно автоматизированным мышлением и обучением, может обеспечиваться, к примеру, прогнозирование результатов спортивных соревнований, а также составление наиболее эффективных методов тренировок, оптимальных для конкретного спортсмена с учетом его индивидуальных особенностей.

Индустрия спорта, как и любая человеческая отрасль, имеет свои особенности, задачи, преимущества и недостатки. По этой причине, имея широкий спектр задач, спортивная сфера реализует свою деятельность посредством использования различных спортивных приложений. Например, это могут быть информационные платформы для приобретения билетов, приложения для прохода на спортивные стадионы и многое другое.

Цель исследования. Посредством осуществления обзора отечественной литературы, в том числе научных статей современных ученых, находящихся в открытом доступе глобальной сети Интернет, обосновать эффективность внедрения технологий искусственного интеллекта в спортивную деятельность Российской Федерации.

Методы и организация исследования. Методы исследования: для определения эффективности применения технологии искусственного интеллекта в спорте, в первую очередь, была изучена и проанализирована теоретическая база, раскрывающая сущность ИИ и его классификацию, а также проведен педагогический эксперимент.

Основная часть.

Российская практика применения возможностей технологий искусственного интеллекта в спорте.

Согласно данным на сентябрь-октябрь 2023 года, «искусственный интеллект меняет спорт в России и мире, в целом» [3]. Представители Бюро цифровых технологий, которые занимаются разработкой компьютерного программного обеспечения, отмечают, что примеров использования ИИ в спорте достаточно много. Последние несколько десятилетий тренеры активно обращаются «за помощью к информационным технологиям». По мнению специалистов данной области, внедрение ИКТ способствует мгновенному принятию решений в разгаре матча, облегчению организации спортивного мероприятия, проведению спортивной аналитики [4]. Основные области применения искусственного интеллекта в спорте следующие:

1. Подготовка к матчу – тренировка и наставничество, осуществление контроля и анализа травм, планирование игры, подбор соответствующей команды для игры;

2. Поиск и отбор талантов – поиск и выбор талантливых игроков;

3. Внутриигровая активность – судейство и тренеры;

4. Аналитика матча – анализ, реакции, восстановительные процессы после проведенной игры;

5. Медиа и работа с болельщиками – ставки на спорт, коммерческий спорт, новости и контент;

6. Управление и обслуживание – менеджмент спортивных соревнований, спонсорство, управление клубом и командой.

Категории применения искусственного интеллекта в спорте имеют свои специфику. В зависимости от классификации процессов реализации спортивной деятельности, в научной литературе выделяют:

- Чат-боты;

- Автоматизированную журналистику;

- Компьютерное зрение;

- Носимые технологии.

В государственной Стратегии развития спорта на период до 2030 года закреплена задача создания условий, необходимых для эффективного функционирования сферы физической подготовки и спорта на территории Российской Федерации [5]. На наш взгляд, реализация текущей задачи возможна с помощью внедрения элементов искусственного интеллекта в образовательную деятельность высших учебных заведений, а также деятельность профессиональных спортсменов. Так, в настоящее время цифровые технологии обладают мощным эффектом и способностью реализовать спортивные задачи через соответствующие мобильные приложения и умные гаджеты. Если говорить о высших образовательных организациях, то следует упомянуть, что искусственный интеллект уже применяется в виде симуляторов, а также информационно-аналитических систем и баз данных. Вместе с тем необходимо обратить внимание на то, что элементы ИИ нашли применение в образовании, как сказано выше, но объем и уровень их внедрения мал, что свидетельствует об отставании от образовательных организаций иностранных государств. Прогресс не стоит на месте, поэтому можем наблюдать применение инновационных технологий в спорте: это, к примеру, генетические биомаркеры, которые способствуют проведению анализа склонности спортсменов к определенным травмам; LSee – интеллектуальная программа, позволяющая на основе образцов крови приспособить спортсмена к тренировкам разной сложности. Мы приходим к выводу, что пока ИИ в Российской Федерации носят фрагментарный и эпизодический характер. С целью цифровизации физической культуры и спорта целесообразно выделить следующие рекомендации:

необходима разработка системы грантовой поддержки лучших проектов «Искусственный интеллект»;

для того, чтобы повысить эффективность внедрения ИИ требуется создание проектных и экспериментальных групп на базе университетов.

Преимущества и недостатки применения возможностей технологии искусственного интеллекта в спорте.

Современное развитие компьютерной индустрии неразрывно связано с областью физической подготовки и спорта. Технология искусственного интеллекта на сегодняшний день нашла широкое распространение в различных видах спорта, что свидетельствует о том, что цель цифровизации спорта постепенно достигается. Мы предполагаем, что искусственный интеллект в спорте – это благоприятный способ достижения успеха и эффективной деятельности спортивных организаций, иными словами, залог будущего Российской Федерации. Очевидно, что умные устройства никогда не смогут заменить работу живого человека, но будут служить дополнительным (вспомогательным) механизмом для тренера, преподавателя и т.д. Совершенствуются возможности информационных технологий, вместе с ними развивается мир, а искусственный интеллект прокладывает путь к достижениям в футболе, легкой атлетике, фигурном катании и многих видах спорта. Согласно проведенным опросам, спортсмены, болельщики, профессиональные рекрутеры и другие представители спортивной индустрии отмечают, что способности искусственного интеллекта имеют настолько разную направленность и многосторонность, что их современность и значимость не должна вызвать сомнений [5].

На наш взгляд, список преимуществ ИИ в спорте должен быть следующим:

- исследование степени воздействия биомеханики и физиологии на этапы физической подготовки;

- обработка данных в режиме on-line, то есть реального времени;

- анализ объемных спортивных данных с впечатляющей пространственной (временной) точностью и скоростью;

- хранение и обработка информации о спортивных соревнованиях;

- анализ статистики;

- на основе данных, полученных в результате внедрения ИИ в спорт, осуществляется проведение тренировочного процесса;

- прогнозы на будущий исход игры;

- переносимые устройства способствуют исследованию всех процессов, происходящих в организме профессионального спортсмена, на основе чего тренеры оптимизируют его тренировочный процесс и создадут индивидуальный траекторий работы;

- анализ игры спортсменов;

- возможность прогнозирования потенциальных травм игроков;

- способность к моделированию стилевой характеристики игры противников;

- преимущества в рамках осуществления судейской деятельности в спортивных играх;

- эффективное взаимодействие с болельщиками;

- ИИ делают спортивные события более зрелищными для болельщиков;

- оказание содействия комментаторам матчей.

Применение любой информационной технологии несет за собой некоторые недостатки и влечет риски:

- стоимость внедрения некоторых направлений ИИ высокая;

- искусственный интеллект значительно облегчает деятельность тренера и иных лиц, причастных к мероприятиям спортивной направленности, из-за чего способен в некоторой степени расслабить людей;

- высокая вероятность замены людей, в результате чего есть риск потери рабочих мест;

- возможность сбоя, то есть решение большого потока задач может привести к ошибочным вычислениям;

- возможность утечки сведений, находящихся в соответствующей базе даны, что может повлечь за собой столкновение с конкурентами или злоумышленниками.

На основе рассмотрения положительных и отрицательных элементов применения ИИ в спорте приходим к заключению следующего характера: союз информационных технологий и спорта выступает не только в качестве вынужденной технологической тенденции (так как ИКТ находят применение во многих сферах жизнедеятельности человека), но помимо этого является и эффективным средством для решения спортивных задач. Как мы выяснили, особым назначением технологий искусственного интеллекта являются прогнозы на будущий исход игры и эффективное взаимодействие с болельщиками.

По имеющимся данным, за последние несколько лет широко возросло количество случаев использования искусственного интеллекта и нейронных сетей в сфере спорта [6]. Чаще всего применение наблюдается в рамках осуществления спортивной аналитики. С целью осуществления детальных и глубоких прогнозов анализируется огромное количество информации. Программное или аппаратное воплощение спортивных задач практикуется в сборе информации об игроках, оценке тренерской работы и исследовании иных данных, связанных с проведением спортивных игр [3]. Многообразие методов достижения вышеуказанных задач благоприятно выражается на точности оценки сильных и слабых сторон спортсменов, а также позволяет определить и изучить эффективность стратегий и команд, выделить определенную динамику игры. Мы подразумеваем, что первоначально осуществляется сбор информации, а далее анализируются результаты игры, включая позиции игроков, движения мяча, передачи мяча и другие элементы игры. На сегодняшний день футбольные клубы для понимания игрового процесса активно применяют ИИ для анализа игровых данных и улучшения стратегии игры [7]. В дополнение к вышеизложенному, необходимо отметить, что результаты научных исследований и новостные статьи свидетельствуют о том, что футбольные клубы используют ИИ для определения эффективных тактик игры, необходимых для победы, а также анализа данных своих игроков и принятия решения по поводу того, кто должен играть в матче. по словам экспертов, главная задача нейронных сетей – исследование физического состояния спортсмена, а с учетом полученных данных – создание программы индивидуальных тренировок, к примеру, атлетов. Так, здесь актуальны фитнес-приложения, в которые встроены элементы ИИ. Преимуществом приложений является оценка предпочтений пользователя и его физических данных [5].

Ранее отмечалось, что базовыми элементами технологий искусственного интеллекта выступают «машинное обучение» и «анализ полученных данных». Для разработки спортивных систем необходимо, чтобы ИИ обладал способностью различать виды спорта и осуществлять аналитические расчеты. Небольшой проблемой в данном вопросе является то, что специалистов в области IT много, но не все тренеры приспособлены к использованию новейших технологии [8].

На наш взгляд, необходимо рассмотреть главные преимущества искусственного интеллекта с упоминанием трех первостепенных задач, чуть подробнее. Первое преимущество позволяет решить задачу отбора участников для создания команды с широкими возможностями, а именно сформировать членов новой команды или при необходимости обновить ее состав. Стоит отметить, что при данных условиях технология не ищет самых слабых и самых сильных игроков, она в большей степени направлена на определение индивидуальных особенностей каждого игрока в отдельности для того, чтобы понимать, что делать дальше. Ранее тренерский состав и представители медицинских учреждений занимались оценкой команды самостоятельно, теперь эту задачу может решить информационная система. Результат был такой [9]:

«скорее всего, подходит»;

«скорее всего, не подходит».

Следующая задача – определение оптимальной игровой стратегии. Здесь работа нейронной сети почти такая же, как при отборе команды, но имеет некоторые особенности. Для разработки выигрышной стратегии игры используется метод анализа разных видеофрагментов с нескольких соревнований по конкретному виду спорта, тем самым определить правильные и безуспешные действия членов команды на конкретном этапе игры. Система позволяет отследить все движения спортсменов, далее произвести моделирование и, соответственно, расчеты [10].

Аналогичным образом решается следующая задача по оптимизации тренировочного процесса. Технология позволяет определить эффективную методику проведения тренировок с применением модулей планирования и распределения ресурсов. Изучаются данные отдельно взятого спортсмена, исследуется его самочувствие и только после этого делается заключение о выборе методики для тренировок, позднее даются рекомендации каждому игроку.

Организация исследования. С целью достижения поставленной цели исследования, а именно обоснования эффективности ИИ в спорте, был проведен эксперимент посредством привлечения двадцати спортсменов, выборочно разделенных на две команды по десять человек. Каждая группа получила сведения о собственной целевой зоне пульса, которая необходима для более эффективного сжигания жира. Особенность данного эксперимента заключалась в проведении тренировок на беговой дорожке в течение четырех недель, а также с внедрением автоматического регулирования скорости на основе данных о пульсе спортсменов и искусственного интеллекта. То есть одной командой на протяжении четырех недель применялись фитнес-трекеры, а другой – беговая дорожка, подключенная к ИИ.

Таблица 1 - Итоги команды, использующей фитнес-трекеры / ИИ

Исходя из полученных результатов, можно сделать несколько выводов. Во-первых, обе команды успешно провели тренировки на беговых дорожках, и суммарное время тренировок увеличилось с каждой неделей. Это говорит о высокой мотивации и дисциплине спортсменов.

Во-вторых, команда, применяющая искусственный интеллект, смогла достичь более высоких результатов в сжигании калорий по сравнению с командой, использующей фитнес-трекеры. Это объясняется преимуществом автоматического регулирования скорости беговых дорожек в зависимости от актуальных данных о пульсе спортсменов, тем самым обеспечивая оптимальные условия для эффективного сжигания жира.

Заключение. Искусственный интеллект является одним из перспективных направлений для развития спорта. Недостаточное изучение данной области пока не дает возможности использовать его функции в полной мере. Однако даже на этом этапе возможно использование систем, которое приносит большой эффект. Работа искусственного интеллекта в спорте показала, на сколько идеи имеют многофункциональный спектр применения. Разработки могут использоваться практически во всех видах спорта и способствовать достижению основных целей: тренировка, организация соревнований, реабилитация спортсменов, обеспечение безопасности и создание экипировки.