Wireless System on Chip
Fortschrittliche SoCs beflügeln Wearables
Wearables, ausgestattet mit immer leistungsfähigeren SoCs mit Funkschnittstelle, sind ein wertvolles Hilfsmittel geworden. Nicht nur Anwender profitieren von den winzigen Computern, auch für Mediziner und Sportwissenschaftler sind es wichtige Werkzeuge beim Streben nach Fitness und Gesundheit.
Vor dem Aufkommen von Wearables wurden Entscheidungen in Bezug auf Fitness und Gesundheit entweder auf der Grundlage dessen getroffen, was uns der Arzt sagte, oder was wir über uns selbst zu wissen glaubten. Michael Dell, Gründer und CEO von Dell Technologies, stellte 2015 in einem Interview mit Business Insider fest: »Fortschritte in der Technik – Wearables und andere – werden uns irgendwann einen Großteil des Rätselratens um eine gesunde Lebensweise ersparen.« [1]
Fast zehn Jahre später erscheinen Dells Worte bemerkenswert vorausschauend. Damals benutzte er, wie viele von uns, einen Fitbit, einen Aktivitäts-Tracker, der das unverzichtbare Fitnesszubehör seiner Zeit war. Er zählte die Schritte, die zurückgelegte Strecke und – wenn in der Smartphone-App das Gewicht, die Größe und das Geschlecht eingegeben wurde – die verbrauchten Kalorien. Diese Daten wurden von einem eingebauten Beschleunigungssensor, einem Prozessor und einem fein abgestimmten Algorithmus zur Erkennung einzigartiger Bewegungsmuster generiert. Dieselbe Technik ermöglichte es den Wearables dieser Generation auch, unseren Schlaf zu überwachen.
So clever die Wearables von 2015 auch gewesen sein mögen, die heutigen Geräte sind nicht wiederzuerkennen. Mit dem technischen Fortschritt sind Fitness-Tracker nicht nur in Bezug auf die Daten, die sie aufzeichnen können, wesentlich ausgefeilter geworden, auch die Grenze zwischen Fitness, Gesundheit und medizinischer Überwachung verschwimmt zunehmend. Heutige Highend-Wearables unterstützen eine beeindruckende Reihe von Sensoren, um z. B. die maximale Sauerstoffaufnahme VO2max, die Blutsauerstoffsättigung (SpO2), die Temperatur, die Herzfrequenz und die Herzfrequenzvariabilität (HRV) des Trägers sowie die Schlaf- und Aktivitätsdaten aufzuzeichnen – für die ihre frühen Vorgänger Pionierarbeit geleistet haben.
Zusätzlich zu den Daten über körperliche Aktivität haben sich Herzfrequenz und HRV sowie Hauttemperaturmessungen als wertvoll für die Vorhersage und Erkennung von Hypoglykämie erwiesen [2]. Neue Wearables geben daher auch Aufschluss über das Diabetesrisiko einer Person. Darüber hinaus können Daten von denselben Sensoren Stress- und Herzfrequenzdaten liefern, die zusammen mit Informationen zur Schlafqualität Aufschluss über die psychische Gesundheit einer Person geben und helfen dabei, Stress und Angst besser zu bewältigen [3].
Der unaufhaltsame Aufstieg der Wearables
Zusammen mit dem immer stärker werdenden Interesse an unserer Gesundheit und unserem Wohlbefinden sorgt die Leistungsfähigkeit heutiger Wearables für einen scheinbar unaufhaltsamen Wachstumsschub. Im Jahr 2023 hatte der weltweite Markt für Wearables laut market.us einen Wert von 70 Mrd. US-Dollar [4], was einem Anstieg von 9 Mrd. US-Dollar gegenüber 2022 entspricht. Bis 2032 soll diese Zahl auf 231 Mrd. US-Dollar ansteigen, wobei in allen Markt- und Anwendungskategorien ein Wachstum zu verzeichnen ist. 2022 entfielen fast die Hälfte aller Geräte auf den Bereich Konsumelektronik [4], inzwischen machen Geräte für die klinische Gesundheitsversorgung und in geringerem Maße auch Wearables für Unternehmen und Industrie einen erheblichen Marktanteil aus.
Das Wachstum bei medizinischen Geräten für die Gesundheitsversorgung – und bei Wearables für Verbraucher, die ebenfalls eine Vielzahl von Gesundheitsdaten erfassen können – eröffnet ein enormes Potenzial für eine bessere Gesundheit. Emmanuel Stamatakis, Professor of Physical Activity, Lifestyle and Population Health am Charles Perkins Centre der University of Sydney, veröffentlichte im British Journal of Sports Medicine: »Der Einsatz tragbarer Geräte in der Forschung, gepaart mit der sich schnell entwickelnden KI, ermöglicht es uns zu entschlüsseln, wie ... Mikromuster der täglichen Aktivität mit dem Risiko eines vorzeitigen Todes, von Herz-Kreislauf-Erkrankungen und sogar Krebs zusammenhängen.«
Jason Gill, Professor of Cardiometabolic Health an der University of Glasgow und Co-Autor, fügte hinzu: »Es ist wichtig, die Möglichkeiten von Wearables zu nutzen, da sie ein enormes Potenzial haben, um Richtlinien dafür zu entwickeln, wie viel und welche Art von Aktivität wir Menschen empfehlen, um ihre Gesundheit zu verbessern. Hinzu kommen neue Ansätze, die Menschen dabei unterstützen, aktiver zu werden. Wir wissen jetzt, dass der Zusammenhang zwischen körperlicher Aktivität und Gesundheit viel stärker ist, als frühere Studien, die auf Selbstauskünften basierten, vermuten ließen.« [5]
Auf der Suche nach Perfektion
Wenn es um die sportliche Entwicklung und das endlose Streben nach Perfektion geht, ist Information mit Macht gleichzusetzen. Heutige tragbare Sport-Tracker stellen aussagekräftigere Informationen effizienter und für mehr Menschen als je zuvor bereit. Maßgeschneidertes datengesteuertes Training ist heute die Norm. Die gängigsten Sport-Wearables sind Geräte, die einen oder mehrere GNSS-Tracker (Global Navigation Satellite System), Herzfrequenzmesser, Bewegungssensoren sowie einen Beschleunigungsmesser enthalten.
Andere, wie beispielsweise das NNOXX One des Unternehmens NNOXX (Bild 1), sind spezialisierter. Das Gerät, das auf dem SoC nRF5340 von Nordic Semiconductor basiert, misst die Stickoxid- (NO) und Sauerstoffsättigungswerte der Muskeln (SmO2) während des Trainings. Stickoxid erhöht die Sauerstoffzufuhr im Blut zum Herzen, Gehirn und zu den Muskeln.
GNSS ist ein wertvolles Instrument, um Bewegungsdaten eines Athleten auf dem Spielfeld zu erhalten und wird in zahlreichen Mannschaftssportarten eingesetzt. Ein Wearable mit GNSS kann Geschwindigkeits-, Entfernungs- und Positionsdaten liefern, die Trainern und Athleten helfen, Bewegungsmuster zu verstehen und das Teamspiel zu optimieren. Herzfrequenzmesser ermöglichen es Trainern, die kardiovaskuläre Leistung eines Athleten zu verfolgen und Belastungsniveaus sowie Erholungsraten zu optimieren. Dies stellt sicher, dass Sportler auf einem optimalen kardiovaskulären Niveau trainieren, um das Verletzungsrisiko zu verringern.
Bewegungs- und Beschleunigungssensoren messen Beschleunigung, Verzögerung, Geschwindigkeitsänderung und Richtungswechsel – alles wichtige Messgrößen für Sportarten, bei denen Kraft, Beschleunigung und schnelle Richtungswechsel entscheidend sind, wie z. B. beim Basketball. Bewegungssensoren können auch Ungleichgewichte oder Unregelmäßigkeiten in der Bewegung erkennen, was sich als wirksam bei der Vermeidung von Verletzungen durch wiederholte Belastung erweisen kann. KI legt die Messlatte für den Sport nun noch höher.
A. Ç. Seçkin vom Fachbereich für Technische Informatik der Adnan Menderes Universität in der Türkei: »Die Integration von KI und tragbarer Technik hat die Sportlandschaft revolutioniert. Sensoren bieten Zugang zu objektiven physiologischen Daten und ermöglichen die Messung interner Belastungskennzahlen, die früher nur mit teurer und spezialisierter Ausrüstung möglich waren. KI-gestützte Coaching-Systeme ... können riesige, von tragbaren Sensoren generierte Datensätze analysieren und so datengestützte Echtzeiteinblicke in die Leistungsfähigkeit eines Athleten liefern. KI kann Trends, Muster und Anomalien in den Daten eines Athleten erkennen und personalisierte Verbesserungsvorschläge unterbreiten.« [6]
- Fortschrittliche SoCs beflügeln Wearables
- Leistungsstarke ML- und Sensorfusion am Netzwerkrand/Edge
- Literatur
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