Joggen ist gesund – solange Gelenke und Muskeln richtig belastet werden. Bis vor wenigen Jahren haben die Sportschuhhersteller auf dicke Gel-, Gummi- oder Luftkissen geschworen, um den Fuß vor Stößen zu schützen. Jetzt hoffen sie auf Sensoren im Schuh, die biomechanische Eigenschaften in Zukunft messen können.
Rund 80 Millionen Läufer gibt es in Europa schätzungsweise. Damit joggt mehr als jeder Dritte zwischen 15 und 65 Jahren. Wenn er denn nicht gerade verletzt ist. Denn rund die Hälfte ist mindestens einmal im Jahr verletzt, dazu gehören auch Verletzungen an Hüfte und Knie. Und dieser Wert ist seit mehr als 30 Jahren relativ konstant.
Dabei bemühen sich die Sportartikelhersteller seit vielen Jahren, das Verletzungsrisiko durch die richtigen Schuhe zu reduzieren. So packten sie in den vergangenen Jahren beispielsweise dicke Gel-, Gummi- oder Luftkissen zu Dämpfungszwecken in die Schuhe. Diese sollten etwa verhindern, dass sich der Fuß beim Aufsetzen einwärts dreht. Pronation nennen das die Experten. Heute weiß man, dass diese Pronation bis zu 10 % einer natürlichen Bewegung des Fußes entspricht und damit genau so wenig schadet wie die Stoßkräfte beim Aufsetzen.
Derzeit legt die Sportartikelbranche ihre Hoffnungen auf biomechanische Messwerte. Dabei könnten kleine Sensoren im Schuh eine große Rolle spielen, wie das von der EU geförderte Forschungsprojekt Runsafer nahelegt: Sieben Partner aus Forschung und Industrie entwickeln hier ein System, das die Lauftechnik des anhand biomechanischer Variablen charakterisieren und dem Läufer dazu bereits während des Trainings Echtzeit-Empfehlungen geben will. Beteiligt sind dabei von deutscher Seite das Fraunhofer-Institut für Photonische Mikrosysteme IPMS und Nuromedia, Entwickler von mobilen Applikationen.
Das System einschließlich Laufschuh, Sensorik und einer App soll eine bessere Trainingskontrolle ermöglichen und Verletzungen schon während des Trainings entgegenzuwirken. Hauptaugenmerk der Arbeit liegt in der Entwicklung eines speziellen Laufschuh-Prototyps, in den ein mikroelektronisches System integriert werden soll, das die biomechanischen Daten des Sportlers während des Laufs misst und somit die Lauftechnik in Echtzeit bewerten kann. Gängige Laufmessgeräte erlauben derzeit nur die Aufzeichnung von Vitalparametern wie Herzfrequenz oder Puls.
Das neue System hingegen soll die Messung und Bewertung der Lauftechnik ermöglichen und den Sportler beispielsweise bei einer falschen Fußstellung oder Überbelastung warnen. Die Messwerte werden drahtlos zum Mobiltelefon des Läufers übertragen, wo eine entsprechende Applikation in Echtzeit Feedback zur aktuellen Trainingsleistung gibt. Außerdem schlägt die App dem Läufer Änderungen im Bewegungsmuster vor, um so einer einseitigen Belastung und daraus resultierenden Verletzungen vorzubeugen. Bereits während des Trainings werden die Messdaten auf ein Web-Portal zur Nachbearbeitung und weiteren Auswertung übertragen. Darauf basierend können Trainingsverbesserungen nachverfolgt und personalisierte Trainingspläne erstellt werden. Auch eine weltweite Vernetzung von Sportlern im Social Web ist möglich.
Um die genannten Anforderungen zu erfüllen, bedarf es eines anspruchsvollen Systems, das hoch präzise Messwerte liefert, widerstandsfähig ist und ein geringes Gewicht sowie einen hohen Tragekomfort aufweist. Nicht zuletzt spielt auch der Preis eine Rolle, damit sich diese Innovation am Markt durchsetzen kann. Diese Aspekte in einem System umzusetzen, ist Aufgabe des Fraunhofer IPMS, das sowohl für die Entwicklung des Mikrosystems als auch für Energieversorgung des Schuhs und die drahtlose Übertragung der Messdaten verantwortlich ist.
„Die eigentliche Systementwicklung stützt sich auf technische Sensorik“, erklärt Dr. Andreas Heinig vom Geschäftsfeld Wireless Microsystems am Fraunhofer IPMS. „Mit Hilfe von eingebauten Beschleunigungs- und Drehratensensoren wird das im Schuh integrierte System in der Lage sein, umfassende Messwerte zur Lauftechnik zu erheben. Die Übertragung dieser Werte auf das Mobiltelefon des Läufers soll mittels Funk realisiert werden. Durch einen speziellen Algorithmus werden die Messwerte dann in Parameter abgeleitet, um sie zur direkten Trainingskontrolle und -auswertung nutzbar zu machen.“
Sensoren sollen also künftig biomechanische Prinzipien wie Kraft, Masse, Trägheit oder Drehmoment ermitteln. Bis es soweit ist, dauert es allerdings noch eine Weile. Im Runsafer-Projekt sind die Spezifikationen erarbeitet und die Arbeitspakete verteilt. Derzeit entsteht ein Prototyp des Mikroelektronik-Messsystems. ■
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