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. Vor dem Hintergrund der alternden Gesellschaft und hoher Pflegekosten ist das Ziel, Selbstständigkeit und Fitness durch Prävention lange zu erhalten. 1,2 Millionen von insgesamt 15 Millionen Euro an Fördergeldern fließen an die Universität des Saarlandes.
Christian Bur (links) ist Spezialist für medizinische Gassensorsysteme. Er forscht als Habilitand am Lehrstuhl für Messtechnik von Professor Andreas Schütze (rechts) an der Universität des Saarlandes, wo er den Bereich Medizinische Messtechnik leitet.
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. Das Unternehmen koordiniert das Projekt, das nationale Ministerien im europäischen EUREKA-Cluster Xecs mit 15 Millionen Euro fördern. „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.
„Unser Ziel ist es, die Lebensqualität der Menschen nachhaltig zu verbessern mit intelligenter Sensortechnologie, die sich nahtlos in den Alltag einfügt."
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.
"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."
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 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).
Weitere Informationen unter: https://sensortech4health.eu