Lange fit und selbstständig: Industrie und Wissenschaft entwickeln Gesundheitsassistenten der Zukunft

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Gesundheit und Wohlbefinden permanent an der Raumluft erkennen, Bettlaken,
die über Schlaf und Gesundheit wachen, intelligente Hörhilfen:
Internationale Partner aus Wissenschaft und Industrie entwickeln im
Forschungsprojekt „SensorTech4Health 2030“ neuartige
Gesundheitsassistenten. Als Teil einer Smart Home-Umgebung oder diskret am
Körper getragen sollen sie die Gesundheit im Blick halten und
Lebensqualität fördern. Vor dem Hintergrund der alternden Gesellschaft und
hoher Pflegekosten ist das Ziel, Selbstständigkeit und Fitness durch
Prävention lange zu erhalten. Bosch Sensortec koordiniert das Projekt, das
nationale Ministerien im EUREKA-Cluster Xecs mit 15 Millionen Euro
fördern.

Gemeinsame Pressemitteilung des Konsortiums SensorTech4Health

Schritte zählen, Puls oder Schlafdauer messen – viele kennen und nutzen
solche Funktionen von Smartphone-Apps und Fitnesstrackern, die
Anhaltspunkte geben, ob man erreicht, was man sich vorgenommen hat. Um
kontinuierlich zu beurteilen, ob jemand gesund lebt, sind solche Messungen
aber zu unvollständig und zu zusammenhanglos. Hier setzt das
internationale Projekt „SensorTech4Health“ an: Es sollen Assistenzsysteme
zur Gesundheitsprävention entstehen, die ein möglichst langes,
selbstständiges Leben in den eigenen vier Wänden ermöglichen.

„Wir wollen Sensoren nicht nur als technische Komponenten, sondern als
einfühlsame Begleiter für ein gesünderes Leben etablieren“, erklärt Dr.
Stefan Finkbeiner, CEO von Bosch Sensortec. „Unser Ziel ist es, die
Lebensqualität der Menschen nachhaltig zu verbessern mit intelligenter
Sensortechnologie, die sich nahtlos in den Alltag einfügt. Indem wir die
Prävention in den Mittelpunkt rücken, ermöglichen wir es den Menschen,
länger fit und selbstbestimmt zu leben. Damit gestalten wir die Zukunft
der Gesundheitsvorsorge neu“, sagt Stefan Finkbeiner.

Die neuen Assistenzsysteme sollen vom Design her ganz auf ihre Nutzer
zugeschnitten sein und alles an intelligenter Software enthalten, damit
sie sich leicht und intuitiv bedienen lassen. Acht internationale
Industrieunternehmen arbeiten hierfür zusammen mit den Schlafforschungs-
Teams des Universitätsklinikums Freiburg und des National Institute of
Mental Health in Tschechien sowie den Gassensorik-Experten der Universität
des Saarlandes. Bosch Sensortec hat die Koordination des Gesamtprojekts
übernommen. Die Forschung soll direkt zu marktfähigen Industrieprodukten
führen.

Gerüche, Geräusche und KI: Assistenzsysteme für die gesündere Gesellschaft

Gesundheitsgefahren früh zu erkennen und abzuwenden, ist nicht nur für
jeden Einzelnen wichtig. In einer alternden Gesellschaft, in der
Behandlung und Pflege teuer und Arbeitskräfte im Gesundheitswesen rar
sind, ist es ein schwerwiegender Faktor, wenn viele die Chance auf
bleibende Fitness verpassen. Wer seine Gesundheit, seinen Stresslevel und
seine Schlafgewohnheiten im Blick hat, kann seine Lebensqualität länger
erhalten und dem Gesundheitssystem hohe Kosten ersparen. Vor diesem
Hintergrund sollen im Rahmen des Projekts intelligente Assistenzsysteme
entstehen, die zu gesunder Lebensweise, Wohlbefinden und Sicherheit
beitragen.

Hierzu sollen die Systeme Gesundheitsinformationen aus einer Umgebung wie
der Wohnung, einem Krankenzimmer oder auch direkt am Körper erfassen. Die
Technik soll diese Messwerte „verstehen“ lernen und mithilfe maschineller
Lernmethoden einer bestimmten Situation zuordnen, um entsprechende
Schritte einzuleiten oder vorzuschlagen – und sei es auch nur bei
verbrauchter Luft zu lüften. „Es sollen technische Lösungen für jedermann
entstehen. Angefangen bei jungen Leuten im Hinblick auf gesunde
Lebensweise bis hin zu Senioren, Pflegebedürftigen und chronisch kranken
Menschen in ihrem häuslichen Umfeld“, erklärt der promovierte Ingenieur
Christian Bur von der Universität des Saarlandes, der hieran mitforscht.

Die Partner aus Wissenschaft und Wirtschaft entwickeln Gerätschaften
verschiedener Art, die automatisiert und diskret Schlafqualität,
Stresslevel und Gesundheitsparameter im Auge behalten. „Die Geräte werden
völlig neue Funktionen haben. Die Systeme sollen etwa Körperausdünstungen
und Atemgas wie auch flüchtige organische Verbindungen erkennen. Mit
Künstlicher Intelligenz und passenden Algorithmen werden diese Messwerte
mit denen anderer Sensoren in Zusammenhang gebracht“, erklärt der
Gassensorik-Experte.

Helfen ohne Hinsehen: Datenschutz als Designprinzip

Die Partner entwickeln Assistenzsysteme, die in eine Smart Home-Umgebung
integriert werden können. Eine solche Technik könnte zu nicht weniger
beitragen, als dass Menschen länger selbstständig in der eigenen Wohnung
bleiben können. Mit Hilfe maschineller Lernmethoden könnte ein solcher
Assistent etwa über typische Geräusche und Gerüche rückschließen, ob
jemand in der Wohnung aktiv ist und kocht – und demnach alles in Ordnung
ist. „Ein Zusammenspiel von Gassensoren, die bestimmte Stoffe in der Luft
erfassen, und Mikrophonen macht dies möglich. Die Mikrophone zeichnen
keine Sprache auf, sondern wandeln Schall über Druckänderungen auf eine
mikroskopisch kleine Membran in elektrische Signale um. Die einzelnen
Messwerte und Rohdaten sagen für sich wenig aus. Wenn wir aber die Daten
aus mehreren Sensormodalitäten und Messwerten verknüpfen und sie mit
Methoden Künstlicher Intelligenz auswerten, entsteht eine neuartige
Assistenztechnologie“, sagt Christian Bur.

Besonderer Wert wird im Konsortium darauf gelegt, dass die Systeme nicht
in die Privatsphäre eingreifen und vom Datenschutz her sicher sind. „Die
Systeme werden lediglich aufbauen auf Gassensoren und Mikrophonen, die
ohne Spracherkennung ausschließlich Geräusche erfassen. Sie werden keine
Kamera haben, die filmt, und keine Daten in eine Cloud laden oder
versenden. Die Signalverarbeitung erfolgt ausschließlich lokal in den
Geräten selbst“, schildert Bur. Die Technik soll dezent, automatisch und
sicher im Hintergrund arbeiten – auch ohne dass Tasten gedrückt werden
müssten.

Neuartige Assistenzsysteme – auch gegen Schwerhörigkeit

Außer den Systemen im vernetzten Zuhause sollen intelligente Geräte
entstehen, die man etwa auf den Nachttisch stellen kann. Sogar in smarten
Textilien wie in Bettlaken sollen Gassensorsysteme untergebracht werden,
die bei Pflegebedürftigen oder Kranken permanent Gesundheitsparameter
überwachen, ohne zu stören. Vor dem Hintergrund, dass Schwerhörigkeit das
Demenzrisiko erhöht, wird an Assistenzsystemen geforscht, die beim Hören
unterstützen. Intelligente Cochlea-Hörimplantate sollen entwickelt werden,
die durch verbesserte Mikrophone höhere Leistung bringen. Weitere
elektronische Produkte sollen mit Hörunterstützung Hörverlust bekämpfen
und die Lebensqualität verbessern, zum Beispiel indem sie störende
Hintergrundgeräusche ausblenden und so Gespräche verständlicher machen.

Gassensorik findet einzelne Moleküle unter Milliarden Luft-Molekülen

Ein zentrales Ziel des Projekts ist, Gesundheit und Wohlbefinden mit Hilfe
neuartiger Gassensortechnik im Blick zu behalten. Dabei machen sich die
Forscherinnen und Forscher ein besonderes Phänomen zunutze: „Ein Körper
produziert pausenlos Stoffwechselprodukte, die Haut und Atemluft in die
Umgebung abgeben“, erklärt Christian Bur, der als Habilitand am
Saarbrücker Lehrstuhl für Messtechnik im Team von Professor Andreas
Schütze forscht und den Bereich Medizinische Messtechnik leitet. Die
Molekül-Cocktails, die in die Luft gelangen, sind sehr charakteristisch,
für menschliche Nasen jedoch meist nicht wahrnehmbar. Christian Bur
forscht an Gassensorsystemen, die solch flüchtige organische Verbindungen
immer genauer erfassen.

Diese Systeme sammeln die Substanzen in der Raumluft und erkennen sie mit
Künstlicher Intelligenz – eine Herausforderung, denn der Substanzen-Mix
muss in sehr kleinen Konzentrationen aus unendlich vielen Luft-Gas-
Gemisch-Teilchen herausgefiltert werden. Christian Bur ist Spezialist für
medizinische Gassensorsysteme und die dazu gehörenden maschinellen
Lernmethoden. Er und sein Team spüren winzigste Spuren solcher Stoffe in
der Luft auf. Die technischen Sinnesorgane machen im Raumluft-Universum
einzelne Moleküle unter Milliarden anderer Teilchen ausfindig und messen
deren Konzentration. Mit maschinellen Lernmethoden basierend auf den
Sensordaten identifizieren die Systeme die Stoffe. „Zusammen mit
Partnerfirmen entwickeln wir im Projekt Systeme mit neuartigen Gassensor-
Schichten, die hochempfindlich und kontinuierlich die Konzentration
bestimmter Substanzen messen. Zum Einsatz kommen Halbleitergassensoren auf
Metalloxid-Basis“, erklärt Christian Bur. 1,2 Millionen Euro fließen im
Projekt an die Universität des Saarlandes.

Projekt SensorTech4Health

Das internationale „Verbundprojekt: Mikroelektronische Sensortechnologien
für die personalisierte Gesundheitsvorsorge - SensorTech4Health2030" im
Bereich Digital Health wird in Höhe von rund 15 Millionen Euro gefördert
durch die nationalen Ministerien im Rahmen des europäischen EUREKA-
Clusters Xecs. Das Bundesministerium für Forschung, Technologie und
Raumfahrt fördert die deutschen Partner über die VDI/VDE Innovation +
Technik GmbH.

Industrie-Partner sind Bosch Sensortec (Deutschland), Robert Bosch GmbH
(Bosch Corporate Research, Deutschland), Robert Bosch Oy (Finnland),
Intervall Beratung GmbH (Deutschland), Cochlear Technology Center
(Belgien), VS Particle (Niederlande), Sintex (Tschechien) und PulseOn
(Finnland). Akademische Partner sind das Universitätsklinikum Freiburg,
die Universität des Saarlandes (Deutschland) und das National Institute of
Mental Health (Tschechien).