Ob integriert in ein Smart-Home-System oder als diskrete Wearables – diese neuen Technologien zielen darauf ab, Gesundheit und Wohlbefinden zu überwachen und die Lebensqualität zu verbessern. Angesichts einer alternden Bevölkerung und steigender Gesundheitskosten konzentriert sich das Projekt auf Prävention, um Menschen zu helfen, länger fit und selbstständig zu bleiben. Bosch Sensortec koordiniert das Projekt, das im Rahmen des EUREKA Xecs-Clusters 15 Millionen Euro von nationalen Förderstellen erhalten hat.
Für viele Menschen sind Smartphone-Apps oder Fitness-Tracker, die sie bei der Zielerreichung unterstützen – wie Schrittzähler oder Geräte zur Messung von Herzfrequenz und Schlafqualität –, bereits Teil des Alltags. Da diese Daten jedoch unvollständig sind und den Kontext vermissen lassen, reichen sie nicht aus, um Gesundheit und Wohlbefinden kontinuierlich zu überwachen. Hier setzt SensorTech4Health an. Dieses internationale Projekt hat zum Ziel, präventive Gesundheitstechnologien zu entwickeln, die es Menschen ermöglichen, länger selbstständig in ihren eigenen vier Wänden zu leben.
„Unser Ziel ist es, Sensoren zu entwickeln, die mehr als nur technische Komponenten sind: Sie sollen als sensible Begleiter fungieren und Menschen zu einem gesünderen Leben verhelfen“, erklärt Dr. Stefan Finkbeiner, Geschäftsführer von Bosch Sensortec. „Unser Ziel ist es, mithilfe intelligenter Sensortechnologie, die sich nahtlos in den Alltag integriert, die Lebensqualität der Menschen langfristig zu verbessern. Indem wir der Prävention Priorität einräumen, ermöglichen wir es den Menschen, ihre Fitness und Unabhängigkeit länger zu bewahren. Mit diesem Projekt gestalten wir die Zukunft der präventiven Gesundheitsversorgung“, erklärt Finkbeiner.
Die neuen Assistenzsysteme werden nutzerorientiert entwickelt und nutzen intelligente Technologie, um eine einfache und intuitive Bedienung zu gewährleisten. Acht internationale Unternehmen kooperieren mit Schlafforschungsteams des Universitätsklinikums Freiburg und des Tschechischen Nationalen Instituts für Psychische Gesundheit sowie mit Experten für Gassensorik der Universität des Saarlandes. Das Projekt wird von Bosch Sensortec koordiniert und zielt auf die Entwicklung marktreifer Produkte ab.
Gerüche, Geräusche und KI: Assistenzsysteme für eine gesündere Gesellschaft
Die Früherkennung von Gesundheitsrisiken ist nicht nur für Einzelpersonen wichtig. In einer alternden Gesellschaft mit Gesundheitsknappheit und teuren Behandlungs- und Pflegeoptionen hat es gravierende Folgen, wenn die Chance auf ein längeres gesundes Leben verpasst wird. Die Überwachung von Stress, Schlafgewohnheiten und dem allgemeinen Gesundheitszustand kann dazu beitragen, dass Menschen länger eine hohe Lebensqualität erhalten und gleichzeitig eine kostspielige Überlastung des Gesundheitssystems vermieden wird. Das Projekt SensorTech4Health stellt sich diesen Herausforderungen und plant die Entwicklung intelligenter Assistenzsysteme, die einen gesünderen Lebensstil, Wohlbefinden und Sicherheit fördern.
Neue Technologien nutzen Informationen aus der Umgebung des Nutzers – beispielsweise aus seinem Zuhause oder Krankenhauszimmer – oder direkt vom eigenen Körper, um dessen Gesundheit zu überwachen. Mithilfe von maschinellem Lernen lernen diese innovativen Technologien, diese Daten zu „verstehen“ und sie situationsbezogen zu kontextualisieren. So können Geräte geeignete Maßnahmen ergreifen oder vorschlagen, selbst so einfache wie das Öffnen von Fenstern in einem stickigen Raum. „Wir entwickeln technische Lösungen für den Alltag in den eigenen vier Wänden – von jungen Menschen, die einen gesunden Lebensstil anstreben, bis hin zu Senioren, Pflegebedürftigen und Menschen mit chronischen Erkrankungen“, erklärt Dr. Christian Bur, Projektleiter an der Universität des Saarlandes.
Akademische und industrielle Partner entwickeln eine Reihe verschiedener Geräte, die Schlafqualität, Stress und andere Gesundheitsindikatoren automatisch und diskret überwachen. „Diese Geräte werden völlig neue Funktionen bieten, beispielsweise die Analyse von Körpergerüchen, Atem und flüchtigen organischen Verbindungen.“ „Die von den verschiedenen Sensoren gemessenen Indikatoren werden mithilfe von künstlicher Intelligenz und geeigneten Algorithmen im jeweiligen Kontext analysiert“, erklärt der Gassensor-Experte.
Datenschutz durch Technikgestaltung.
Die Partner entwickeln Assistenten, die in Smart-Home-Systeme integriert werden können und es Menschen ermöglichen, weiterhin selbstständig in ihren eigenen vier Wänden zu leben. Das Team möchte Assistenten entwickeln, die mithilfe von maschinellem Lernen das Wohlbefinden der Nutzer überwachen – beispielsweise, indem „Dies wäre durch eine Kombination aus Mikrofonen und Gassensoren möglich, die bestimmte Substanzen in der Luft nachweisen. Die Mikrofone zeichnen keine Sprache auf; stattdessen wandeln sie Schall durch Druckveränderungen auf einer mikroskopischen Membran in elektrische Signale um. Einzelne Indikatoren und Rohdaten allein sind wenig aussagekräftig. Durch die Kombination von Indikatoren und Daten verschiedener Sensortypen und den Einsatz künstlicher Intelligenz zur Analyse können wir jedoch eine neuartige Assistenztechnologie entwickeln“, erklärt Bur.
Dem Team ist es besonders wichtig, dass diese Systeme die Privatsphäre der Nutzer wahren und die Datensicherheit gewährleisten. „Die Systeme sind mit Gassensoren und Mikrofonen ausgestattet, die ausschließlich Schall aufzeichnen, ohne Spracherkennung.“ Die Systeme verfügen über keine Kameras und speichern oder senden keine Daten in die Cloud. „Die Signalverarbeitung erfolgt lokal auf den Geräten selbst“, erklärt Bur. Die Technologie ist so konzipiert, dass sie diskret, automatisch und sicher im Hintergrund arbeitet, ohne dass die Nutzer Tasten zur Steuerung der Geräte betätigen müssen.
Neue Assistenzsysteme für Hörgeschädigte und vieles mehr.
Die Gruppe hat sich zum Ziel gesetzt, nicht nur Assistenztechnologien für Smart Homes zu entwickeln, sondern auch solche, die so klein sind, dass Nutzer sie auf ihren Nachttischen platzieren können. Das Konsortium plant sogar, Gassensorsysteme in intelligente Textilien wie Bettwäsche zu integrieren, um eine kontinuierliche, aber nicht-invasive Überwachung von Gesundheitsindikatoren für kranke oder pflegebedürftige Menschen zu ermöglichen. Hörverlust erhöht das Demenzrisiko, was die Bedeutung der Forschung an Hörassistenzsystemen unterstreicht. Das Konsortium beabsichtigt, Cochlea-Implantate mit verbesserten Mikrofonen zu entwickeln und so deren Leistung zu steigern. Darüber hinaus plant es die Entwicklung weiterer elektronischer Produkte, die das Hören unterstützen und die Lebensqualität von Menschen mit Hörverlust verbessern, beispielsweise durch die Unterdrückung störender Hintergrundgeräusche, wodurch das Verstehen von Gesprächen erleichtert wird.
Gassensoren erkennen einzelne Moleküle unter Milliarden von Molekülen
Eines der Hauptziele des Projekts ist die Förderung von Gesundheit und Wohlbefinden durch neuartige Gassensortechnologien. Um dies zu erreichen, nutzen die Forschenden ein spezifisches Phänomen im Körper. „Der Körper produziert ständig Stoffwechselprodukte, die über die Haut und die Atmung in die Umgebung abgegeben werden“, erklärt Christian Bur, Postdoktorand und Leiter des Forschungsteams für medizinische Gassensoren in der Arbeitsgruppe Messtechnik von Andreas Schütze an der Universität des Saarlandes. Die vom Körper in die Luft abgegebenen Moleküle weisen charakteristische Eigenschaften auf, obwohl wir sie normalerweise nicht riechen können. Bur entwickelt Gassensorsysteme, die diese flüchtigen organischen Verbindungen präzise messen können.
Die Systeme sammeln die Substanzen aus der Luft und identifizieren sie mithilfe künstlicher Intelligenz. Das Herausfiltern dieser Substanzen ist eine große Herausforderung, da sie nur einen sehr geringen Anteil der Raumluft ausmachen und somit von einer nahezu unendlichen Anzahl an Partikeln in der Luft getrennt werden müssen. Christian Bur ist Spezialist für diese Art von Gassensorsystemen und die zugehörigen maschinellen Lernverfahren. Die von Bur und seinem Team entwickelten Systeme funktionieren wie Hightech-Sinnesorgane, die einzelne Moleküle unter Milliarden in einem Raum isolieren und deren Konzentration messen. Mithilfe von maschinellem Lernen und den von den Sensoren erfassten Daten können die Systeme die Verbindungen identifizieren. „Wir arbeiten mit unseren Industriepartnern an der Entwicklung von Systemen mit neuartigen Gassensorschichten, die mithilfe von Metalloxid-Halbleiter-Gassensoren die Konzentration spezifischer Substanzen kontinuierlich und mit sehr hoher Genauigkeit messen können“, erklärt Bur. Die Universität des Saarlandes erhält 1,2 Millionen Euro zur Förderung des Projekts.
Projekt: SensorTech4Health
Das Projekt SensorTech4Health vereint Partner aus Wissenschaft und Industrie im Bereich der digitalen Gesundheit. Diese internationale Kooperation wurde mit 15 Millionen Euro von nationalen Förderstellen im Rahmen des EUREKA Xecs-Clusters gefördert. Die deutschen Projektpartner erhielten Fördermittel vom Bundesministerium für Forschung, Technologie und Raumfahrt über die VDI/VDE Innovation + Technik GmbH.
Die Industriepartner des Projekts sind Bosch Sensortec (Deutschland), Robert Bosch GmbH (Bosch Corporate Research, Deutschland), Robert Bosch Oy (Finnland), Intervall Beratung GmbH (Deutschland), das Cochlear Technology Center (Belgien), VS Particle (Niederlande), Sintex (Tschechische Republik) und PulseOn (Finnland). Die akademischen Partner sind das Universitätsklinikum Freiburg (Deutschland), die Universität des Saarlandes (Deutschland) und das Nationale Institut für psychische Gesundheit (Tschechische Republik).
