KI-basierte Sensorik Bewegungen in Sport und Medizin präzise erfassen und analysieren

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Wer den Boxsport kennt, weiß, dass die Bewegungen schnell und kraftvoll sind. Das ist die Basis für eine Sensorik, die mit KI die Bewegungsdaten erfasst und auswertet. Aber nicht nur für den Boxsport.

Im Jahr 1895 entdeckte Wilhelm Conrad Röntgen die nach ihm benannte Strahlentechnologie. Er machte sichtbar, was vorher nur zu vermuten und ertastbar war. Das war ein gewaltiger Entwicklungsschritt für die Medizin.

Heute machen wir, die Firma ROOQ aus Aachen, menschliche Bewegungen sichtbar und transparent. Neben der Bewegungserkennung berechnen wir ebenfalls physikalische Werte, wie Impuls-Kraft und Schnelligkeit jeder Bewegung in Millisekunden. Wir zeigen den Menschen, was vorher nur vage anzunehmen war. Das ist ebenfalls ein riesiger Sprung für die Menschheit. Das gilt für den Sport und vor allem für die Medizin.

Wir begannen mit der wohl größten Schwierigkeit der Bewegungserkennung, dem Boxen. Wer diesen Sport kennt, weiß um die explosiven, vielfältigen und häufig wiederkehrenden Bewegungen. Unsere erste Herausforderung war es, eine KI-basierte Sensorik zu entwickeln, die zudem preislich für jedermann attraktiv ist.

Es wird nicht nur Hardware benötigt

Was benötigt man neben den Sensoren? Die Antwort ist simpel, doch die Lösung immens schwer. Eine universell anwendbare mathematisch-technische Methode. Eine Methode die Algorithmen schafft, die am Ende in der Lage sind, die relevanten von den irrelevanten Bewegungen unterscheiden zu können. Algorithmen, die so stark sind, dass die Erkennungsrate bei nahezu 100 Prozent liegt – egal, welcher Mensch die spezifische Bewegung ausführt. Allgemein spricht man in diesem Zusammenhang von künstlicher Intelligenz. Praxisnah betrachtet, haben wir das Mikrofon der emotionalen Bewegung.

Gründer und Geschäftsführer Ralf Rüttgers hat mit seinem Team eine mathematisch-technische Neuentwicklung geschaffen und ein eigenes Sensorsystem entwickelt. Das von ROOQ entwickelte Sensorsystem besteht aus Komponenten, deren Bewegungsdaten auch bei komplexen und explosiven Bewegungsmustern bereits mit einer Datenrate von 50 Hertz präzise Ergebnisse liefern. Die Daten werden zunächst in den Sensoren zwischengespeichert. Anschließend werden sie über eine Bluetooth-Schnittstelle (BLE) verschlüsselt an eine eigens entwickelte und personalisierte App des Nutzers übertragen und nach der Trainingseinheit über eine Internetverbindung in die Cloud hochgeladen.

Dort werden die gesammelten Daten durch proprietäre Algorithmen im Backend ausgewertet. Die Programmkomponenten des Backends werden in einer skalierbaren Umgebung mittels Kubernetes auf mehreren virtuellen Maschinen verteilt ausgeführt. Die Ergebnisse werden anschließend an die App oder ein entsprechendes Online-Portal zurückgegeben und adressatengerecht aufbereitet.

Für andere Anwendungsfälle erlaubt die Technologie eine nahezu latenzfreie Auswertung und Darstellung der Daten im Live-Betrieb.

Individuelle, charakteristische Muster in den Messdaten

Es werden unterschiedliche Bewegungen von Probanden erzeugt und jeweils individuelle, charakteristische Muster in diesen Messdaten erkannt. Dadurch ist es möglich, Messdaten zu identifizieren, zu klassifizieren und zu analysieren. Um die entsprechenden Algorithmen zu entwickeln, werden die Bewegungsdaten zunächst unter kontrollierten Bedingungen erfasst. Dazu tragen die Probanden spezielle Sensoren an geeigneten Körperstellen und führen entsprechende Bewegungen aus.

Dabei entsteht ein kontinuierlicher Datenstrom aus den Messwerten der Sensoren. Nachdem die Sensordaten der Bewegungen extrahiert wurden, wendet ROOQ verschiedene Verfahren der mathematischen Modellierung, Optimierung sowie geeignete Machine- und Deep-Learning-Algorithmen an, um spezifische Informationen wie Geschwindigkeit, Impuls oder Art der Bewegung zu bestimmen.

Präzise Messungen der menschlichen Bewegung

ROOQ hat im Laufe der Jahre eine Vielzahl von Prozessen entwickelt und umfangreiches Know-how aufgebaut. Eine wesentliche Stärke liegt in der Fähigkeit, eigene Software zu entwickeln, die zusammen mit den Prozessen iterativ optimiert werden kann. Dies ermöglicht eine zuverlässige und skalierbare Messdatenerfassung sowie eine effiziente Weiterverarbeitung der Rohdaten zu hochwertigen Trainingsdaten. Die Genauigkeit der Bewegungserfassung im Sport basiert ausschließlich auf dem Einsatz von Sensoren, weitere technische Komponenten werden nicht benötigt. Am Rande sei erwähnt, dass das geistige Eigentum zu 100 Prozent beim Unternehmen liegt.

„Datenanalyse als Instrument zur Leistungsoptimierung und Trainingssteuerung ist im Profisport seit Jahren nicht mehr wegzudenken. Durch den Einsatz moderner Sensortechnik können heute nahezu alle leistungsrelevanten Aspekte einer Sportart quantifiziert werden. Das liefert Erkenntnisse, die für Trainer, Sportler, Zuschauer und Fernsehanstalten gleichermaßen interessant sind“, sagt Henry Maske. Und weiter: „Hätte es die ROOQ-Technologie zu meiner aktiven Zeit schon gegeben, hätten Trainer und Sportler mit diesen klaren Fakten noch zielgerichteter und damit zuverlässiger arbeiten können.

Wo menschliche Bewegung im Mittelpunkt steht

Es lag nahe, die erworbene Kompetenz und die universelle Methodik auf andere Anwendungsfälle zu übertragen: Überall dort, wo die menschliche Bewegung eine zentrale Rolle spielt und die genaue Kenntnis der Bewegungsausführung von hohem Nutzen ist. ROOQ hat 2023 damit begonnen, seine bestehende Entwicklung an die speziellen Anforderungen der Orthopädie, Physiotherapie, Sportmedizin und Geriatrie anzupassen.

Ärzte, Therapeuten und Patienten werden in die Lage versetzt, die Wirksamkeit der Selbst-Rehabilitation kontinuierlich zu steigern. Die Krankenkassen begrüßen die digitale Ferntherapie, da sie Kosten spart und gleichzeitig den Behandlungserfolg steigert. Das Unternehmen führt Gespräche mit potenziellen Partnern, um das neue Geschäftsfeld gemeinsam auf- und auszubauen.

* Dr. Martin Meyer ter Vehn ist COO bei ROOQ.

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