Nr. 9/2018

„Wenn Daten sauber gemessen und richtig interpretiert werden, kann man vorhersagen, wann die Gefahr einer Verletzung für einen Sportler steigt“

Dr. Steffen Willwacher aus dem Institut für Biomechanik und Orthopädie arbeitet an der Zukunft. Sensoren in Fitness-Trackern, Schuhen, Herzfrequenz-Gurten und in ganz unterschiedlichen Sportgeräten produzieren immer neue Daten im Sportalltag. Die Frage, wie diese Informationsflut sinnvoll bewältigt werden kann und wie sich die neuen Erkenntnisse mit den klassischen Studien im Labor verbinden lassen, steht im Zentrum der Arbeit des jungen Wissenschaftlers, der kürzlich mit dem renommierten Hans-Gros-Preis für Nachwuchsbiomechaniker ausgezeichnet wurde.

Herr Willwacher, Sie waren als Gewinner der Bronzemedaille bei der U23-EM einmal ein recht erfolgreicher Zehnkämpfer. Hätten die Sensoren, an deren Entwicklung Sie jetzt als Biomechaniker arbeiten, Ihnen zu größeren Erfolgen verhelfen können?

Leider war ich viel zu oft verletzt, und vielleicht war auch mein Talent nicht ganz ausreichend, moderne Technik hätte das nicht grundlegend ändern können. Allerdings weiß ich mittlerweile, dass ich teilweise falsch trainiert habe. Hätte ich damals die elektronischen Möglichkeiten gehabt, die den Sportlern in zehn oder zwanzig Jahren zur Verfügung stehen werden, hätte meine Karriere als Zehnkämpfer schon einen anderen Verlauf nehmen können. Ich habe viel zu lange mit einer hohen Intensität trainiert und die falschen inhaltlichen Schwerpunkte gesetzt. Mit moderner Technik kann so etwas verhindert werden.

Sie haben vor einigen Wochen den Hans-Gros-Preis für Ihre Forschungsarbeit erhalten. Wofür genau?

Das ist kein Preis für eine bestimmte Forschungsarbeit, die irgendwo eingereicht werden muss. Das ist ein Award für junge Wissenschaftler, deren Promotion noch keine fünf Jahre zurückliegt. Der Preis bewertet eher das gesamte Schaffen eines Biomechanikers bis dorthin. Da spielt auch viel meiner klassischen Forschung mit rein, beispielsweise habe ich mich intensiv mit der Sensorik in Startblöcken für Sprinter beschäftigt, mit deren Hilfe Fehlstarts angezeigt werden. Teil des Preises ist aber auch die Vorstellung eines Abstracts, das von Relevanz sein muss.

Erklären Sie doch einmal, welche Fortschritte und Innovationen beim Entwickeln moderner Sensortechnik für den Sport derzeit besonders interessant sind?

Es gibt ganz verschiedene Arten von Sensoren. Die so genannten ‚Inertial Measurement Units‘ sind mittlerweile milliardenfach in Smartphones oder in Autos verbaut, daher sind sie relativ günstig. Diese Einheiten verbinden drei Arten von Sensoren: Beschleunigungssensoren, Winkelgeschwindigkeitsmesser und Magnetfeldsensoren. Dann gibt es Drucksensoren, die man in Schuhen verbauen kann. Es gibt im Bereich der Biochemie Sensoren, die den Schweiß von Menschen analysieren können. Laktatwerte können mit elektronischen Tattoos auf der Haut ermittelt werden; da sind die tollsten Sachen möglich. In der Forschung gibt es sogar Sensoren, die auf die Zähne appliziert werden, um Stoffe im Mund zu untersuchen und Rückschlüsse auf Belastung und Leistungsfähigkeit zu ermöglichen. Man wird in Zukunft sehr viele Dinge messen können – die Frage ist aber, wie diese Informationen in eine sinnvolle Form für den Nutzer gebracht werden.

An welchen Details dieser bevorstehenden Revolution forschen Sie konkret?

Im echten Leben sind das viele kleine Schritte, viele kleine Fragen, die man beantworten muss: Ich versuche, die Welt der durch Sensoren erzeugten Daten aus dem Trainings- und Wettkampfalltag mit der Welt der laborbasierten Messungen zu verbinden. Wir nehmen beides gleichzeitig auf und schauen, wie künstliche Intelligenz laborbasierte Bewegungs- und die Belastungsparameter mit den Messungen aus der Sportrealität verknüpfen kann. Wie funktioniert das beim Geradeauslaufen? Wie funktioniert das beim Gehen? In den nächsten Schritten wird dieser Ansatz auf ein größeres Spektrum an Bewegungen ausgeweitet.

Welche Chancen ergeben sich dadurch für die Sportlerinnen und Sportler der Zukunft?

Wenn die Daten sauber gemessen und richtig interpretiert werden, kann man vorhersagen, wann die Gefahr einer Verletzung für einen Sportler steigt.  Außerdem können Computerprogramme zu wertvollen Beratern für Breitensportler werden. Ein Mensch, der abnehmen möchte und sich ein Trainingsprogramm zum Laufen zusammenstellt, der legt einfach los. Wenn dieser Sportler ein Device hätte, bekäme er Informationen, ob seine Aktivität angemessen ist für seine körperliche Konstitution. Oder ob sich sein Laufstil bei Ermüdung verändert und dadurch ein erhöhtes Verletzungsrisiko entsteht. So ein mit den Daten von Sensoren gefüttertes Gerät könnte Empfehlungen geben, was nach einer verpassten Trainingseinheit oder nach einer Krankheit zu tun ist. Trainingspläne würden durch kluge Software-Algorithmen dynamisch angepasst werden.

Welche Daten haben im Moment den wichtigsten Einfluss auf den Sportalltag?

Am weitesten verbreitet sind im Moment Herzfrequenzmesser und Fit-Bänder. Fit-Bänder sind nichts anderes als ein Beschleunigungssensor am Handgelenk. Die erzeugen bisher aber nur ein sehr grobes, stark mit Fehlern behaftetes Bild. Die nächste Generation von Sensoren wird in Schuhe eingebaut werden, eine Aufgabe, wie das Zählen von Schritten, ist an den Füßen natürlich deutlich präziser als am Handgelenk. Mit Drucksensoren, die eine größere Auflösung haben, lassen sich Erkenntnisse zu bestimmten Charakteristika eines individuellen Laufstils ableiten: die Schrittfrequenz, die Druckverteilung, die Bodenkontaktzeit, wie ein Läufer abrollt, welches Fußaufsatzverhalten er zeigt. Im professionelleren Sport sind über GPS-Systeme und Beschleunigungssensoren am Brustkorb auch Messungen der allgemeinen Bewegungsintensität  und exaktere Aussagen über die Belastungsintensität des gesamten Körpers möglich.

Sind mit dieser massiven Überwachung so vieler Parameter nicht auch Risiken verbunden?

Es gibt das Risiko, dass sehr viel Verwirrung entsteht, da es bei all den Angeboten verschiedener Firmen an einer durchdachten Standardisierung mangelt. Viele Firmen entwickeln Gadgets und Apps, die Daten erheben und auswerten und dann schöne Ergebnisse produzieren. Wissenschaftlich fundiert ist das nicht immer. Man sieht gerade in der Werbung die tollsten Claims, die für bestimmte Produkte gemacht werden, oft werden Versprechen gemacht, die diese Gadgets eigentlich nicht halten können. Es ist wichtig, dass man solche Produkte daraufhin untersucht, wie genau sie messen, und wie gut man sich auf diese Daten verlassen kann.

Interview: Daniel Theweleit