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Future Wearables: Intelligente Leggings messen Muskelermüdung bei Läufern
Tragbare Geräte verändern die Art und Weise, wie Menschen über ihr Leben und ihren Lebensstil denken. Intelligente Uhren verändern die Art und Weise, wie wir miteinander interagieren, Aktivitätstracker verändern die Art und Weise, wie wir trainieren, und tragbare Kameras verändern die Art des Gedächtnisses.
Was können wir also von der nächsten Generation tragbarer elektronischer Geräte erwarten?
Heute bekommen wir dank der Arbeit von Roger Ribas Manero und seinen Freunden am King’s College London eine Art Antwort. Sie haben ein tragbares Gerät entwickelt, das die Muskelermüdung bei Aktivitäten wie Laufen misst, das erste Mal, dass dies außerhalb des Labors möglich war.
Muskelermüdung war aus verschiedenen Gründen schon immer schwer zu messen. Die empfindlichste Methode besteht zunächst darin, einen feinen Draht in den Muskel einzuführen, um die elektrische Stimulation der Nerven zu messen und die Kraft zu bestimmen, die der Muskel ausüben kann. Wenn der Muskel ermüdet, sinkt diese Kraft ebenso wie das elektrische Signal.
Es gibt einen anderen, flexibleren Ansatz. Dabei werden Elektroden auf der Hautoberfläche verwendet, um die elektrische Aktivität der darunter liegenden Nerven zu überwachen. Das Problem bei dieser Methode ist, dass die Elektroden sorgfältig platziert werden müssen, was für Menschen ohne medizinische Ausbildung schwierig ist.
Aber keine der Techniken ist ideal, um die Muskelermüdung unter normalen Umständen zu messen, da diese Geräte Zehntausende von Dollar kosten können und auf keinen Fall außerhalb des Labors verwendet werden können.
Jetzt haben Ribas Manero und Co eine deutlich günstigere und flexiblere Alternative entwickelt. Ihre Idee ist es, ein gewöhnliches Paar Läufer-Leggings mit Elektroden und Schaltkreisen zu besticken, die mit einem tragbaren Arduino-Mikroprozessor verbunden sind. Dieser sammelt und analysiert dann die Elektrostimulationsdaten.
Diese Schaltung ist in einem Zickzackmuster doppelt genäht, um eine Dehnung zu ermöglichen. Und das gesamte Gerät wird von einem 7,5-Volt-Akku gespeist.
Dies hat einen erheblichen Vorteil für nicht erfahrene Benutzer. Das gestickte Schaltungsmuster sorgt dafür, dass die Leggings die Elektroden beim Tragen automatisch an den richtigen anatomischen Stellen positionieren. Der Benutzer benötigt also keine medizinische Erfahrung, um sie zu positionieren. Und die Schaltung ist relativ billig und einfach herzustellen.
Das Team hat die Leggings auf Herz und Nieren geprüft, indem es zwei Läufer gebeten hat, sie beim Joggen auf einer fünf Kilometer langen Strecke auf drei verschiedenen Oberflächen zu tragen – einer Asphaltbahn, einer Leichtathletikbahn und einer Sandbahn. Die Leggings zeichnete durchgehend die Muskelaktivität auf.
Die Ergebnisse sorgen für eine interessante Lektüre. Die Daten zeigen deutlich, wie die Beinmuskulatur des Läufers beginnt, härter zu arbeiten, nach ein oder zwei Minuten schnell ermüdet und dann einen zweiten Atemzug bekommt, bevor er wieder müde wird. Diese Ermüdung tritt jedoch schnell auf Sand, weniger schnell auf Asphalt und am wenigsten schnell auf einer Leichtathletikbahn auf.
Das ist zu erwarten, da die Instabilität des Sandes das Laufen erschwert. Aber dies ist das erste Mal, dass ein solches Experiment im Freien durchgeführt wurde. Und es hat das Potenzial, die Art und Weise zu verändern, wie Sportler ihre Laufweise analysieren.
Jeder Läufer hofft, ohne Verletzungen antreten zu können, aber Muskelermüdung macht dies viel wahrscheinlicher. Eine Möglichkeit, Müdigkeit in Echtzeit zu messen und aufzudecken, könnte also einen großen Einfluss auf Trainingsmethoden und Lauftechniken haben. [Die Daten] deuten darauf hin, dass das Laufen auf Sand die Wahrscheinlichkeit erhöht, an RRIs zu leiden, verglichen mit den Oberflächen von Asphalt und Leichtathletikbahnen, sagen Ribas Manero und Co.
Darüber hinaus könnte ein besseres Verständnis dafür, wie Muskeln Kraft ausüben, beim Design besserer biomechanischer Prothesen und beim Verständnis des Leistungsbedarfs für zweibeinige Roboter helfen.
Und es könnte eine neue Ära tragbarer Technologien einläuten, die nicht nur die Anzahl der Schritte einer Person überwachen, sondern auch die dabei beanspruchten Muskeln und ihre Ermüdung. Aus diesem Grund könnten intelligente Leggings die nächste große tragbare Technologie sein.
Ref: arxiv.org/abs/1602.04841 : Tragbares gesticktes Muskelaktivitäts-Erfassungsgerät für den menschlichen Oberschenkel