TICs y Tecnología

Inteligencia Artificial aplicada al kárate

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El sistema KUMITRON, enfocado al kárate, que va a ser deporte olímpico en Tokyo, analiza los movimientos en los combates para su uso en la mejora del rendimiento deportivo. Este sistema está siendo desarrollado por Jon Echeverría, alumno del Máster en Inteligencia Artificial de la UNED, bajo la dirección de la Profesora Titular Olga C. Santos, responsable de la línea de investigación PhyUM (Physical User Modelling) en la UNED. Un prototipo de KUMITRON ha sido recientemente presentado en la edición 26ª del congreso Annual Conference on Intelligent User Interfaces 2021 (IUI 2021) celebrado de forma virtual la semana pasada en la Universidad A&M de Texas.

KUMITRON se ha diseñado para modelar, a través del video grabado por un mini dron y enriquecido síncronamente con información fisiológica e inercial, diferentes parámetros de la actividad física que se realiza durante la ejecución de un kumite (combate en karate), en donde dos personas realizan de forma combinada técnicas de ataque y defensa definidas en el arte marcial Karate.

Gracias a la Inteligencia Artificial, el sistema KUMITRÓN pretende calcular parámetros de esfuerzo, visualizar la dirección de los movimientos y la anticipación del movimiento del oponente durante el combate en tiempo real, así como predecir la victoria o derrota. De esta forma, y apoyándose en la información obtenida, el maestro puede comunicarse a través del sistema con sus alumnos durante una sesión de entrenamiento para dar indicaciones estratégicas a seguir en el transcurso del mismo, y todo en tiempo real.

Las novedades principales que aporta el sistema KUMITRÓN respecto a otras soluciones tecnológicas existentes son:

  • Monitorizar un combate real identificando los movimientos de ataque y defensa, y no sólo una serie de movimientos predefinidos realizados individualmente.
  • Uso de un dron para la toma de vídeo de la actividad en tiempo real, con las ventajas que supone para mantener fijo el punto y ángulo de grabación, independientemente de los desplazamientos de los practicantes.
  • Uso de algoritmos de aprendizaje automático para extraer conocimiento que ayude a la mejora de la actividad física que se realiza, como la identificación del esfuerzo y la anticipación del movimiento. 
  • Preparación de las técnicas de inteligencia artificial más adecuadas a un arte marcial concreto como el karate, seleccionando aquellos parámetros más importantes para monitorizar los movimientos que se realizan durante un combate.
  • Uso de algoritmos de Visión Artificial que extraen información de interés sobre la imagen recibida para caracterizar el movimiento y estado del practicante.

Según la profesora Santos, KUMITRON ofrece capacidades y características innovadoras que mejoran la práctica del Karate y convierten al Dojo en un entorno de aprendizaje inteligente. Tal y como añade Echeverría, la información recogida por los sensores puede servir para medir el esfuerzo realizado ayudando a la gestión de la fatiga, y a evitar sobreesfuerzos y posibles lesiones, además de conocer la evolución del estado anímico durante el combate. Esta información se complementa con los videos recogidos por el dron sobre los que se pueden aplicar filtros de visión artificial en tiempo real que ayuden a visualizar más claramente los movimientos realizados por los participantes. Esta información puede ayudar a corregir los movimientos y técnicas de los alumnos, así como mejorar la visión periférica y la capacidad de anticipación. Para ello, el sistema implementa algoritmos predictivos para obtener recomendaciones basadas en la experiencia de expertos que se le ofrecerán al alumno en tiempo real para ayudarle a aplicar la estrategia de kumite más adecuada.

Información recogida y mostrada por el sistema KUMITRON

El sistema se está construyendo siguiendo el diseño centrado en el usuario. Así, para el diseño inicial del sistema se contactó con varios dojos de karate para recoger necesidades tanto de alumnos como de maestros de karate. Actualmente, los investigadores necesitan también la participación de practicantes de karate para entrenar los algoritmos de Inteligencia Artificial con el fin de que el sistema pueda ofrecer la funcionalidad inteligente planteada. Se puede colaborar de muchas formas, para ello, lo mejor es contactar con los investigadores.

En cuanto al desarrollo tecnológico de KUMITRON, se está siguiendo el enfoque de cuatro fases definido previamente para la construcción de sistemas psicomotores inteligentes.Tal y como explica la profesora Santos, la primera etapa es la detección de movimiento, que recopila la información a la vez que sincroniza las señales para permitir un procesamiento multimodal.

La segunda etapa se encarga del modelado del movimiento, por ejemplo para identificar el tipo de ataque del oponente, procesando los datos de los sensores en tiempo real para construir un diagrama vectorial direccional, así como de facilitar la anticipación al ataque del oponente aplicando filtros inteligentes a las imágenes obtenidas con el dron a la vez que se utilizan algoritmos de minería de datos para inferir indicadores de rendimiento.

La tercera etapa consiste en el diseño de la retroalimentación y en ella se utiliza la conocida técnica del Mago de Oz para el diseño de sistemas interactivos que permite simular posibles alternativas con las que dotar de inteligencia al sistema antes de implementarla, y así identificar, reduciendo el coste de implementación, las necesidades de personalización de los futuros usuarios que debe cubrir el sistema.

Por último y para cerrar el círculo, está la entrega de feedback, que será de forma multisensorial, combinando auditiva, visual y táctil, con las reglas identificadas en la etapa anterior.

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