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Wearables für Sportler: effektiveres Training und schnellere Rehabilitation

April 10, 2020

Laut einer Umfrage von ScrumVentures sind Lösungen zur Leistungsverfolgung von Sportlern derzeit das zweitgrößte Marktsegment im Bereich der Sporttechnologie.

In den Ergebnissen der Umfrage spiegeln sich aktuelle branchenspezifische Gesundheitsdaten wider:

  • Jedes Jahr verletzen sich 25 % der Sportler und sind gezwungen, ihr Training zu verschieben (Quelle: Prognozerr).
  • Bis zu 50 % der Sportverletzungen könnten verhindert werden (Quelle: Sports Medicine Australia).
  • Die jährlichen wirtschaftlichen Auswirkungen von Sportverletzungen werden allein in den USA auf 20 Milliarden Dollar geschätzt (Quelle: Forrester).

Technologien im Sportbereich

Bei Sportveranstaltungen kommt es in der Regel auf einen 1 %-igen Vorteil gegenüber der Konkurrenz an. IoT-Lösungen produzieren die Daten, die den Sportlern diesen Wettbewerbsvorteil verschaffen.

Wearables im Training

Das Hauptziel der Implementierung von IoT-Lösungen im Sport ist es, Leistungsdaten vom Körper der Sportler zu sammeln. Mit diesen Informationen findet man heraus, was verbessert werden kann, und kann so die Trainingsprogramme entsprechend anpassen.

Genau hier macht die Wearable-Technologie den Unterschied. Und wir sprechen nicht von am Handgelenk getragenen Trackern wie Mi Band, Apple Watch und Fitbit.

Im Leistungssport geht es um Sensorgeräte, die Athleten an verschiedenen Körperteilen tragen können. Solche Geräte messen präzise biometrische Daten, einschließlich Herz- und Atemfrequenz, Temperatur, Hydratationsgrad, Schlafmuster, Muskelkontraktion und Beschleunigung.

Trainer vergleichen Vitaldaten von Sportlern bei maximaler Belastung und Sensormesswerte, die in Echtzeit ermittelt werden. Basierend auf dieser Analyse optimieren sie die Trainingsintensität und minimieren gleichzeitig Verletzungsrisiken.

Einsatzkontexte für Wearables im Profisport

Wearables im Profisport können in zwei Kategorien unterteilt werden:

  • Weiterentwicklung von Sportlern. Mithilfe von IoT-Lösungen können Coaches das Training optimieren und ihre Spieler effektiver betreuen. Dafür verwendet man Daten von Sensoren an Wearables, Standortdaten und optional Videoaufzeichnungen von Trainings. Wearables liefern in Echtzeit Messwerte zu Aktivitäten, Leistung und Effizienz der Sportler. Durch die Analyse dieser Messwerte können Trainer ermitteln, welche Bereiche für weitere Leistungssteigerungen entscheidend sind und verstehen, welche Muskeln und Körperteile überlastet sind.
  • Verletzungsprävention und Regeneration. Tragbare Geräte können dabei helfen, Verletzungen von Sportlern schon zu Beginn ihrer Karriere zu verfolgen, Erkenntnisse über muskuläre Dysbalancen zu sammeln und die Trainingsdauer zu optimieren. Sport- und Mannschaftsärzte können Sensordaten auch nutzen, um Reha-Maßnahmen für Profisportler zu personalisieren.

Beispiele für Wearables im Sport

  • Vernetze Fußbekleidung. Von intelligenten Socken bis hin zu selbstschnürenden Turnschuhen ist vernetzte Fußbekleidung so konzipiert, dass sie die Geh- und Laufdistanz, die Schrittzahl und die Geschwindigkeit misst. Dies erfolgt über integrierte Beschleunigungsmesser, Gyroskope und Drucksensoren. Beispiele sind die „Zero Gravity“-Turnschuhe von Under Armour, FeetMe-Einlegesohlen, die mithilfe von KI-Algorithmen Sensordaten verarbeiten, und E-Vone-Schuhe, die über ein Sturzwarnsystem verfügen.
  • Smarte Ausrüstung. Im Vergleich zu Armbändern erfassen vernetzte Helme, Bodysuits und Schulterpolster genauere biometrische Daten. Bei Kontaktsportarten helfen Lösungen wie der Riddell-Helm beispielsweise dabei, detaillierte Daten über Kopfverletzungen zu sammeln, z. B. an welcher Stelle des Kopfes und wie stark ein Sportler getroffen wurde.
  • Am Körper getragene Sensoren. Inertiale Messeinheiten (IMUs), die Beschleunigungsmesser, Gyroskope und Magnetometer enthalten, oder flexible Sensoren können direkt am Körper eines Sportlers befestigt werden. So werden beispielsweise die genauen Winkel und der Schwung beim Wurf beim Baseball verfolgt oder Körperschwingungen beim Skirennen gemessen.

Wearables als Teil eines größeren Tracking-Systems

Ein Tracking-System für Sportler ist eine mehrstufige Lösung, die Daten vernetzter Geräte sammelt, sie in die Cloud überträgt und darauf reagiert. Neben Wearables umfasst das System ein Cloud-basiertes Backend, in dem Sensordaten gespeichert und verarbeitet werden. Ein weiterer Teil sind Dashboards, die die Informationen visualisieren. Dazu gehören auch Web- und/oder Mobilanwendungen, mit denen Nutzer das vernetzte Gerät verwalten und Leistungsanalysen über einen bestimmten Zeitraum einsehen können.

Welche Auswirkungen haben sich wiederholende Bewegungen und Beschleunigungen auf verschiedene Körperteile? Um das herauszufinden, sollten Daten von Messgeräten analysiert und mit bestimmten Übungen korreliert werden.

Um dieses Ziel zu erreichen, greifen Technologieunternehmen in der Sportbranche auf Cloud-basierte Dienste wie Watson IoT, IBM Analytics und Cisco Kinetic zurück. Oder sie erstellen eigene Plattformen zur Datenanalyse auf Basis von Microsoft Azure, AWS und Google Cloud.

Case Study: Eine IoT-Lösung zum Monitoring von Athleten

Im Rahmen unserer F&E-Aktivitäten entwickelte Softeq eine Analyseplattform für Sporttrainer.

  • Das System sammelt, verarbeitet und visualisiert Daten von Geräten, die Sportler während der Trainings tragen. Die Geräte sind mit Herzfrequenz- und IMU-Sensoren ausgestattet.
  • Darüber hinaus hilft die Lösung Trainern, die Leistung von Sportlern während des Trainings zu überwachen und zu bewerten.

Tragbare Gadgets können an verschiedenen Stellen des menschlichen Körpers getragen werden: am Handgelenk, Ellbogen, Schulter, Brust, Taille, Knie oder Fuß.

Neben den Hardware-Komponenten umfasst das System eine plattformübergreifende mobile App (Xamarin), ein .Net-basiertes Backend und eine mit Angular erstellte Frontend-Lösung. Die Sensordaten werden in der Cloud mithilfe von Microsoft Azure-Diensten gespeichert und verarbeitet: IoT Hub, Stream Analytics, Blob Storage, SQL und App Service.

Wie das System funktioniert

Sensordaten erfassen

Wir entwickelten eine plattformübergreifende mobile App, die als Vermittler zwischen den Sensoren der Wearables und dem Backend fungiert. Die App

  • verbindet sich über BLE mit Wearable-Geräten,
  • sammelt Sensordaten (Herzfrequenz, Beschleunigung, Standort),
  • und sendet Daten an die Cloud (Microsoft Azure).

Leistung bewerten

Um Trainern zu helfen, die Leistung von Athleten auf Grundlage von Sensordaten zu bewerten, entwickelten wir ein Web-Dashboard mit

  • einem .Net-Backend, das mit der Azure-Datenspeicherlösung synchronisiert ist,
  • und einem Angular-Frontend, das Sensordaten in Echtzeit visualisiert.

Die von den Wearables gesammelten Daten werden auf dem Bildschirm mit der Aufzeichnung des Trainings angezeigt. Trainer können die Informationen in Echtzeit anzeigen und Wiederholungen mit Anmerkungen versehen. Der Bildschirm zeigt auch das Profil eines Sportlers mit allgemeinen Informationen (Name, Avatar, Alter) und einem Timer an.

The data collected from wearable devices is displayed on the session recording screen.

Das System unterstützt derzeit mehrere Arten von Übungen, darunter Kniebeugen, Ausfallschritte, Liegestütze, Hampelmänner und Crunches. Um ein Training zu bewerten, klickt der Trainer auf die Daumen hoch/runter-Tasten. Nur die kommentierten Daten werden in die Cloud gesendet, was hilft, die Infrastrukturkosten zu reduzieren. In Zukunft planen wir, den Bewertungsprozess zu automatisieren, indem wir die kommentierten Trainingsdaten an ein neuronales Netzwerk in der Cloud weiterleiten.

Datenbasierter Ansatz für Monitoring im Sportbereich

Der globale Markt für Sportanalytik wird voraussichtlich von 1,9 Milliarden US-Dollar im Jahr 2019 auf 5,2 Milliarden US-Dollar im Jahr 2024 wachsen. Und dies ist kein Wunder: Es gibt genügend Beweise dafür, dass Wearable-Technologie dabei hilft, besser zu verstehen, was im Körper eines Sportlers vor sich geht.

Der traditionelle Ansatz für Training und Behandlung von Verletzungen stützt sich auf subjektive Einschätzungen, wie z. B. eine verbale Beschreibung von Schmerzen und Beschwerden. Sportprofis sind jedoch für ihre hohe Schmerztoleranz bekannt und schätzen ihr eigenes körperliches Wohlbefinden nicht immer richtig ein. Dadurch werden Trainings- oder Rehabilitationsprogramme mitunter so konzipiert, dass sie das einzigartige Gesundheitsprofil der Sportler, ihre Fähigkeiten und ihre Verletzungsgeschichte nicht berücksichtigen.

Digitale Lösungen für Sportler bieten einen intelligenten Ansatz für Trainings und Rehabilitation. Sie helfen dabei, Sportverletzungen vorzubeugen und die mit diesen verbundenen Behandlungskosten zu senken. Sie leisten einen entscheidenden Beitrag, wenn es darum geht, jedem einzelnen Sportler zu helfen, sein Potenzial zu entfalten.

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