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YOG 2020 als Experimentierfeld für Technologien

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Fast 2000 Sportlerinnen und Sportler unter 18 Jahren haben an den Olympischen Jugendspielen (YOG) in Lausanne und Umgebung teilgenommen. Für die EPFL war dies zusammen mit der UNIL und dem CHUV eine einzigartige Gelegenheit, in Laboren entwickelte Instrumente zu testen, die bald für die breite Öffentlichkeit verfügbar sein werden.

Die EPFL ist seit vielen Jahren auf dem Gebiet der Entwicklung neuer Technologien für den Sport tätig. Sie investiert über in Zusammenarbeit mit dem Centre Sport et Santé UNIL/EPFL und dem CHUV entwickelte technologische Experimente ins Bildungsprogramm der YOG. Pascal Vuilliomenet, Projektleiter im Vizepräsidium für Innovation, kennt die rund 30 Labore, die Forschungs- und Entwicklungsprojekte im Sport durchführen, in- und auswendig. Seine Aufgabe besteht darin, Synergien zu bilden: «Grossveranstaltungen wie die YOG 2020 bieten eine Chance, zahlreiche Akteure für praktische Projekte zu gewinnen und Kooperationen in Gang zu setzen und zu verstärken.»

«Grossveranstaltungen wie die YOG 2020 bieten eine Chance, zahlreiche Akteure für praktische Projekte zu gewinnen und Kooperationen in Gang zu setzen und zu verstärken.»

Sport, Prävention und Gesundheit

Die Austragung der YOG in Lausanne war für die drei Institutionen auch eine einzigartige Gelegenheit, ein kühnes und neuartiges Projekt namens «Health for Performance» voranzubringen. Dieses Vorhaben verbindet Technologie, Sportkenntnisse und Prävention im Zusammenhang mit dem Thema Gesundheit im Dienst der Leistung.

Die Sportlerinnen und Sportler konnten zu pädagogischen Zwecken einen auf allen Daten der von ihnen absolvierten Tests basierenden Avatar, d. h. ein digitales Double, erstellen. Mit diesen Aktivitäten wurden ihre Muskel-Skelett-Eigenschaften und ihr Bewegungsprofil definiert und ihre Stärken und Schwächen aufgezeigt. Die in einer vom EPFL-Start-up Katapult entwickelten Anwendung zusammengefassten Ergebnisse führten dann zu einer massgeschneiderten Auswertung.

Diese Arbeit war dank der engen Kooperation mit dem Centre de Sport et Santé UNIL/EPFL möglich. «Es handelt sich um einen positiven Kreislauf: Das praktisch ausgerichtete CSS meldet uns die Bedürfnisse, Produkte und Dienstleistungen, die es entwickeln möchte. Wir suchen dann nach den Laboren, die in der Lage sind, die Hilfsmittel zu konzipieren, für die sich das Zentrum interessiert. Das CSS testet die Prototypen und gibt uns Rückmeldung. Die gesammelten Daten sind ein riesiger Schatz für andere Forschungsarbeiten», erklärt Pascal Vuilliomenet.

Unter den Kuppeln der YOG fand eine interaktive Ausstellung statt. © EPFL 2020 / Alain Herzog

Paradigmenwechsel

«Health for Performance» verfolgt das erklärte Ziel, den Sportlerinnen und Sportlern beim Training mit einem Paradigmenwechsel neuen Schwung zu verleihen. Es geht nicht mehr darum, nur die Körperkraft, Geschwindigkeit oder Ausdauer, sondern die Qualität der Bewegungen zu bewerten, um die Entwicklung des Potenzials zu optimieren. «Alle wollen Trail machen. Das ist gerade ‹in›. Man will immer schwerere Gewichte heben, schneller rennen und weiter kommen. Was passiert dann? Man verletzt sich! Wir möchten für ein Qualitätsbewusstsein sorgen, damit die Sportlerinnen und Sportler sich nicht mehr nach dem ‹Wieviel›, sondern nach dem ‹Wie› fragen», erklärt Stéphane Maeder. Der Leiter des Centre de Sport et Santé UNIL/EPFL konzipierte zusammen mit seinem Team verschiedene, schrittweise im CSS eingesetzte Messinstrumente für die YOG-Teilnehmerinnen und -Teilnehmer.

Labore und Start-ups im Dienst der Gesundheit im Sport

Der vom Start-up Katapult entworfene Avatar wird um neue, an der EPFL, der UNIL, dem CHUV und den anderen SmartMove-Partnern entwickelte Technologien bereichert werden. Er wird immer feinere Analysen liefern können. So wird beispielsweise die Wirkung von Schlaf und Ernährung auf Gesundheit und Leistung untersucht werden, und dank Biomarkern im Schweiss wird sogar unser physiologisches Wohlbefinden überprüft werden können. Mehrere Labore und Start-ups der EPFL werden dazu beitragen.

Identifizierung und Nachverfolgung von Personen

Alexandre Alahi vom Labor für visuelle Intelligenz im Verkehr hat sich eingehend mit den Bewegungen von Menschen befasst, um autonome Fahrzeuge auszurüsten. Er entwickelte eine Technologie, mit der selbst mitten in einer Menschenmasse erfasst werden kann, was eine Person tut, welche Körperhaltung sie hat und wohin sie schaut. Dies geschieht über eine App, die die Kamera des Smartphones verwendet. Das Gerät erfasst eine Person und kann sie erkennen, auch wenn sie das Sichtfeld der Kamera kurz verlässt. Sie erfasst das Verhalten jeder Person, klassifiziert die Körperhaltung, die Bewegungen und die Aktivität. Diese Technologie kann das Skelett einer Person erkennen und dabei 17 Punkte unterscheiden. «Im Sport würden die Trainerinnen und Trainer in Echtzeit genaue und detaillierte Informationen über die Bewegungen und die Körperhaltung der von ihnen betreuten Athletinnen und Athleten erhalten», erklärt der Professor.

Bewegungen nachverfolgen

Das Labor für Computer Vision versucht, die Bewegungen von Sportlerinnen und Sportlern mithilfe einer oder mehrerer Kameras zu analysieren. Dafür wird die Position des Körpers im Raum mithilfe von Algorithmen rekonstruiert und die Stellung der Gelenke berechnet. Pascal Fua entwickelt diese Technologien in seinem Labor, damit sie auch in zunehmend komplexen Umfeldern funktionieren.

Nächste Herausforderung: Wettkampfturmspringen zusammen mit Swiss Timing, der Sportzeitmessungssparte der Swatch Group. Hier geht es darum, die Turmspringer bei der Ausführung ihrer Figuren zu verfolgen. «Unser System sollte helfen, bei Wettbewerben objektivere Noten zu geben und das Training zu verbessern. Wir könnten Dutzende Sprünge übereinanderlegen und die Konstanz der Bewegung überprüfen und möglicherweise Verbesserungsvorschläge machen», erklärt der Professor.

Gute Ernährung für bessere Leistungen

Wie kann ein Marathonläufer seinen Zuckerspiegel konstant halten? Wie kann ein Sprinter seine Schnellkraft verbessern? In der Theorie ist es möglich, genaue Kenntnisse zu erwerben, aber die Praxis ist komplexer und die Variablen sind unendlich zahlreich: «Die Herkunft eines Apfels, die Sorte und ob er bio ist oder nicht, wirkt sich unterschiedlich auf den Einzelnen aus», sagt Chloé Allémann, die das Projekt «Food and You» im Labor für digitale Epidemiologie leitet.

Sport und Gesundheit sind eng miteinander verbunden. Dies gilt genauso für Ernährung und sportliche Leistungen. «Eine ausgewogene Ernährung zusammen mit regelmässiger körperlicher Betätigung würde enorm viele Probleme lösen», sagt die Forscherin. Im Sport könnten wir die Ernährungsbedürfnisse jeder Sportlerin und jedes Sportlers personalisieren.»

Über die Untersuchung von Ernährung und Lebensweise einschliesslich körperlicher Betätigung, Schlaf, täglichem Verhalten, Gesundheitszustand, Mikrobiota-Analyse und Zuckerspiegelberechnung hat Chloé Allémann festgestellt, dass die Menschen sehr individuell reagieren: «Vor der Anstrengung eine Banane essen ist vielleicht in einem Fall von Vorteil, in einem anderen aber überhaupt nicht, weil der Zuckerspiegel von einem Menschen zum anderen variiert.»

Die Ernährung spielt wie bei der Gesundheit auch im Sport eine ausschlaggebende Rolle. © Alain Herzog

Biochemisches Labor auf der Haut

Das aus dem Labor für nanoelektrische Systeme hervorgegangene EPFL-Start-up Xsensio baut Sensoren auf einem kaum 5 mm2 grossen Chip, die zahlreiche Biomarker im Schweiss messen können. Der zusammen mit Nanolab entwickelte Chip wird mithilfe eines vernetzten Pflasters auf die Haut geklebt und zeigt beispielsweise auf einem Smartphone in Echtzeit und fortlaufend die Veränderungen der Biomarker an. «Mit Blick auf die sportliche Betreuung können wir uns über die Veränderungen bei der Konzentration von Elektrolyten, Metaboliten oder Proteinen informieren lassen. Veränderungen bei den Elektrolyten weisen auf eine Dehydrierung oder Hitzegewöhnung hin. Der Laktatgehalt sagt etwas über die Muskelaktivität aus, und über das Kortisol kann der Stress gemessen werden. Solche Daten sind auch für die Medizin interessant», erklärt Esmeralda Megally, CEO und Mitbegründerin von Xsensio.

Ein winziger, auf die Haut geklebter Chip kann Biomarker im Schweiss messen. © Xsensio

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