Extreme Einsatzbedingungen verlangen dem Körper Höchstleistungen ab – sei es bei militärischen Operationen, im Feuerwehrdienst oder in Hochrisikoberufen. Im Rahmen des Projekts RT-VitalMonitor entwickelt ein Team von DIGITAL ein tragbares Überwachungssystem, das Vitalparameter in Echtzeit misst und so frühzeitig auf Überlastung hinweisen kann.
Obwohl Anna Weber in die Kompetenzgruppe DigitalTwin Lab gewechselt ist, begleitet sie das Projekt RT-VitalMonitor, das in Kooperation mit dem Österreichischen Bundesheer (ÖBH) durchgeführt wurde, bis Ende des Jahres. Sie war schon Teil des vorangehenden Forschungsprojekts und verfügt über tiefes Know-how in der Messung der Belastbarkeit unserer Soldatinnen und Soldaten. Die Messung der Vitaldaten in Echtzeit erklärt Weber so: „Die Sensoren sind direkt in die Textilie – ein Shirt oder einen Sport-BH – eingearbeitet und erfassen Daten wie EKG, Herzfrequenz, Herzratenvariabilität, Atemfrequenz sowie Haut- und Körperkerntemperatur. Diese Parameter sind entscheidend für die Beurteilung des physischen Zustands der Einsatzkräfte, da sie Rückschlüsse auf Erschöpfung, Belastung und potenzielle Gesundheitsrisiken erlauben. Dadurch lässt sich feststellen, wer wann in einen kritischen Zustand kommt, und präventive Maßnahmen können eingeleitet werden“, erklärt Anna Weber. Bemerkenswert ist die hochgenaue Messung der Körperkerntemperatur (KKT), die nichtinvasiv möglich ist. Diese erfolgt über einen Hitzefluss-Sensor, der von dem Schweizer Unternehmen greenTEG entwickelt wurde. „Wir erreichen dabei eine Genauigkeit von ±0,2°C, was mit invasiven Methoden vergleichbar ist“, so Weber. Ergänzt wird die Erfassung durch GNSS-Positionsdaten und Beschleunigungssensoren, wodurch Bewegungsmuster analysiert werden können.
Präzisere Messung als Smartwatches
Man fragt sich, wo der Unterschied zu den Smartwatches ist, jene Lifestyle-Gadgets, die so viele Menschen am Handgelenk tragen. „Ein zentraler Unterschied liegt in der Position und Messmethode der Sensorik. Während Fitnessuhren oft indirekt mit Lichtreflexionen arbeiten, setzen wir auf eine direkte Messung der elektrischen Impulse des Herzens mittels 1-Kanal-EKG. Das sorgt für eine wesentlich höhere Messgenauigkeit – besonders bei hoher körperlicher Aktivität“, so die Software-Entwicklerin. Zudem wird das System nahtlos in bestehende Einsatzkleidung integriert und ist waschbar. „Gerade für Berufsgruppen, die keine Uhren oder Armbänder tragen können, bietet das eine enorme Erleichterung“, fügt sie hinzu.
Ausbildungs- und Trainingssteuerung
Neben dem individuellen Werte-Monitoring einzelner Soldat*innen kann das System RT-VitalMonitor auch als Entscheidungsunterstützung für Kommandant*innen integriert werden. „Das Ziel ist ein System, das in Echtzeit den aktuellen Belastungszustand einzelner Soldat*innen beziehungsweise einer Gruppe anzeigt“, erklärt Thomas Hölzl, Referent für Sportwissenschaft beim Bundesheer. „Kommandant*innen könnten dann das für taktische Entscheidungen nutzen und direkt beurteilen, welche Gruppe oder welche Person für eine bestimmte Aufgabe am besten geeignet ist.“ Zudem ermögliche das System eine präzisere Steuerung des Trainings. „Durch kontinuierliche Rückmeldungen während der Belastung könnten Soldat*innen lernen, ihre Intensität optimal anzupassen – beispielsweise in Ausdauertrainings“.
Herausforderungen in der Entwicklung
Die Entwicklung eines zuverlässigen Systems für dynamische Einsatzszenarien bringt besondere Herausforderungen mit sich. „Wir mussten adaptive Algorithmen entwickeln, die nicht nur physiologische Parameter erfassen, sondern sich auch an die Szenarien anpassen lassen“, erläutert Anna Weber. Die Übertragung und Verarbeitung großer Datenmengen stellte ebenfalls eine Hürde dar. „Unsere Algorithmen filtern Störungen heraus und ermöglichen so eine verlässliche Auswertung selbst unter extremen Bedingungen. Dazu zählen beispielsweise Bewegungsartefakte, die durch intensive körperliche Aktivität entstehen, sowie Umwelteinflüsse wie starke Hitze oder Feuchtigkeit, die die Sensordaten beeinflussen können.“ Dazu kommen individuelle Faktoren wie Hitzetoleranz und Stressresistenz, die ebenfalls eine Rolle in der Belastungsmodellierung spielen. „Während wir die maximale Herzfrequenz individuell bestimmen können, müssen wir für andere Parameter auf wissenschaftliche Erkenntnisse und Durchschnittswerte zurückgreifen“, so Hölzl. Psychische Stressfaktoren seien bislang noch nicht ausreichend berücksichtigt, könnten aber in künftigen Entwicklungen eine Rolle spielen, erklärt der Sportwissenschafter.
Vielfältige Anwendungsbereiche
Ursprünglich für den militärischen Bereich konzipiert, lässt sich die Technologie auch in zivilen Szenarien einsetzen. Feuerwehr und Rettungsdienste könnten von dem individuellen Belastungsmonitoring profitieren, um gesundheitliche Risiken frühzeitig zu erkennen. Zudem eröffnen sich Möglichkeiten in der Arbeitsmedizin und Telemedizin, beispielsweise zur kontinuierlichen Beobachtung von Risikopatient*innen. Die Akzeptanz der Technologie variiert jedoch je nach Einsatzzweck. „In unseren Tests zeigte sich, dass Soldat*innen aus verschiedenen Waffengattungen unterschiedlich auf das Smart-Shirt reagieren“, berichtet Hölzl. Während einige das kontinuierliche Monitoring als hilfreich empfänden, gebe es in speziellen Einsatzszenarien Herausforderungen – etwa beim Tragen von zusätzlicher Schutzausrüstung. Besonders in Bereichen mit intensiver körperlicher Belastung, wie bei der leichten Infanterie, wurde das Shirt überwiegend positiv aufgenommen.
Blick in die Zukunft
Anna Weber: „Neben dem individuellen Belastungsmonitoring sollen die Daten künftig auch für Ausbildungs- und Übungsszenarien genutzt werden können.“ Der nächste Schritt: Die Integration in bestehende Führungssysteme, um datenbasierte Entscheidungen über Einsatzzeiten und Belastungsgrenzen zu ermöglichen. Das Forschungsprojekt zeigt eindrucksvoll, wie smarte Sensortechnologie zur Leistungssteigerung und Sicherheit in fordernden Berufen beitragen kann. Bis zur Serienreife gibt es noch Entwicklungsbedarf, der in Kooperation mit dem Österreichischen Bundesheer verfolgt wird.
Von Elke Zenz
