Lockere Kleidung macht Bewegungstracking genauer als enge Wearables

Wenn menschliche Bewegungen präzise gemessen werden sollen, ist es womöglich nicht die beste Lösung, Sensoren fest auf der Haut oder direkt am Körper anzubringen.

Eine neue Studie legt nahe, dass Sensoren an lockerer Alltagskleidung Bewegungen sogar genauer erfassen können – und dafür deutlich weniger Daten benötigen – als enge Anzüge, Gurte und hautnahe Wearables, die üblicherweise mit „ernsthaftem“ Tracking verbunden werden.

Die Untersuchung stammt von Wissenschaftlern des King’s College London. Nach Ansicht des Teams könnten die Ergebnisse Anwendungen von Gesundheits-Trackern wie Smartwatches bis hin zu Motion Capture für CGI-Figuren verbessern.

Die Forschung könnte zudem die Überwachung von Erkrankungen erleichtern, die die Beweglichkeit beeinträchtigen, darunter Parkinson, und zwar ausserhalb eines Labors.

Annahmen über Bewegungssensoren werden infrage gestellt

Bisher galt eine einfache Annahme: Ein locker sitzender Sensor wackelt, erzeugt dadurch „verrauschte“ Daten und muss deshalb festgeschnallt werden. Auch die Forschenden gingen zunächst davon aus.

„Wenn wir an Technologie denken, die Bewegungen verfolgt – etwa an einen Fitbit am Handgelenk oder an die Anzüge, die Schauspieler für die Darstellung von CGI-Figuren tragen –, gingen wir davon aus, dass die Sensoren eng am Körper anliegen müssen, um die genauesten Ergebnisse zu liefern“, sagte Studienmitautor Matthew Howard.

Die verbreitete Auffassung sei, dass die Daten bei einem locker sitzenden Sensor „verrauscht“ oder unübersichtlich würden, erklärte Howard.

„Unsere Forschung hat jedoch in mehreren Experimenten bewiesen, dass lockere, fliessende Kleidung das Bewegungstracking tatsächlich deutlich präziser macht.“

„Das bedeutet, wir könnten uns von ‚Wearable-Technik‘ verabschieden, die sich wie medizinische Ausrüstung anfühlt, und uns zu ‚intelligenter Kleidung‘ bewegen – etwa einem einfachen Knopf oder einer Anstecknadel an einem Kleid –, die Ihre Gesundheit erfasst, während Sie Ihren Tag ganz natürlich verbringen.“

Genau darin liegt das zentrale Potenzial: Bewegungsaufzeichnung, bei der man sich nicht fühlt, als wäre man für eine klinische Studie verkabelt.

Höhere Genauigkeit bei weniger Daten

Laut Studie kann lockerer Stoff die Bewegungen des Körpers mit 40% höherer Genauigkeit vorhersagen und erfassen als ein auf der Haut befestigter Sensor. Noch bemerkenswerter ist, dass dafür 80% weniger Daten erforderlich waren.

Sollten sich diese Werte in weiteren Umgebungen bestätigen, wäre das von grosser Bedeutung.

Mehr Präzision bei geringerem Datenaufwand bedeutet einfachere Systeme, schnelleres Lernen sowie einen niedrigeren Bedarf an Akkuenergie und Rechenleistung – Verbesserungen, die Produkte und Forschungsmethoden unter realen Bedingungen tatsächlich verändern könnten.

Lockere Stoffe als mechanische Verstärker

Wie kann locker sitzende Kleidung bessere Ergebnisse liefern als ein Sensor, der fest am Körper angebracht ist?

Der entscheidende Gedanke lautet: Lockerer Stoff bewegt sich nicht bloss mit dem Körper mit, sondern reagiert auf ihn. Kleine Veränderungen der Haltung und der Gliedmassenbewegungen werden auf eine Weise verstärkt, die leichter zu erkennen sein kann.

Die Forschenden bezeichnen lockere Stoffe als „mechanischen Verstärker“, der Bewegungssignale grösser und eindeutiger macht.

„Wenn Sie beginnen, Ihren Arm zu bewegen, bleibt ein lockerer Ärmel nicht einfach unverändert; er faltet sich, bauscht sich auf und verschiebt sich auf komplexe Weise – und reagiert empfindlicher auf die Bewegungen als ein enger anliegender Sensor“, sagte Howard.

Mit anderen Worten: Der Sensor misst nicht nur den Körper selbst. Er erfasst auch das „Reaktionsmuster“ des Stoffes, das zusätzliche Hinweise darauf enthält, was der Körper gerade tut.

Tests mit Stoffen, Menschen und Robotern

Um auszuschliessen, dass es sich um einen einmaligen Zufall handelte, prüften die Wissenschaftler Sensoren an einer breiten Auswahl unterschiedlicher Stoffe. Ausserdem untersuchten sie menschliche und robotische Testpersonen bei verschiedenen Bewegungsarten.

Die auf Stoff basierenden Messungen verglichen die Forschenden mit etablierten Verfahren: Bewegungssensoren an Gurten und enger Kleidung.

Das Muster blieb durchgehend gleich. In jedem Fall erkannte der stoffbasierte Ansatz Bewegungen schneller und genauer und benötigte weniger Bewegungsdaten für Vorhersagen.

Ein besonders hilfreiches Detail: Lockerere Stoffe konnten auch sehr ähnliche Bewegungen voneinander unterscheiden, einschliesslich subtiler Bewegungen, die „kaum nachweisbar“ sind.

Das ist wichtig, denn in vielen Alltagssituationen möchte man nicht unbedingt eine ausgeprägte Armbewegung verfolgen. Entscheidend sind vielmehr kleine, frühe und leicht zu übersehende Veränderungen.

Parkinson und weitere Erkrankungen

Hier wird aus „spannender Technik“ etwas, das für die Gesundheitsüberwachung potenziell bedeutsam sein könnte.

Ein häufiges Problem besteht jedoch darin, dass eng sitzende Wearables kleine Bewegungen übersehen können. Für Patienten mit eingeschränkten oder nur schwach ausgeprägten Bewegungen können die Daten daher weniger zuverlässig sein.

„Manchmal sind die Bewegungen eines Patienten zu klein, als dass ein enges Armband sie erfassen könnte, und deshalb erhalten wir nicht immer die genauesten Daten darüber, wie Erkrankungen wie Parkinson das tägliche Leben der Menschen beeinflussen.“

„Mit diesem Ansatz könnten wir die Bewegungen von Menschen ‚verstärken‘, wodurch sie auch erfasst werden können, wenn sie kleiner sind als typische Bewegungen nicht behinderter Menschen. So könnten wir Menschen bequem zu Hause oder in einer Pflegeeinrichtung in ihrer Alltagskleidung beobachten.“

„Für Ärzte könnte es einfacher werden, ihre Patienten zu überwachen, und medizinische Forscher könnten die entscheidenden Daten sammeln, die wir brauchen, um unser Verständnis dieser Erkrankungen zu verbessern und neue Therapien zu entwickeln, einschliesslich Wearable-Technologien, die auf diese Arten von Behinderungen zugeschnitten sind.“

Ein wesentlicher Aspekt ist dabei Komfort und Alltagsnähe. Menschen leben nicht im Labor. Lassen sich bessere Daten gewinnen, während jemand zu Hause normale Kleidung trägt, entsteht ein realistischeres Bild des täglichen Lebens – und wahrscheinlich auch eine bessere langfristige Teilnahme.

Von Fitbit zu intelligenten Knöpfen

Die Studie weist auch auf eine andere Designrichtung für Unterhaltungselektronik hin.

Statt auffälliger, klobiger Wearables, die sofort nach „Gerät“ aussehen, stellen sich die Forschenden Sensoren vor, die dezent in Kleidung integriert sind – etwa als Knopf an einem Hemd oder als Anstecknadel an einem Kleid.

Eine solche Veränderung könnte Bewegungstracking im Alltag akzeptabler machen. Sie könnte auch den Kreis der Nutzer erweitern, insbesondere um Menschen, die herkömmliche Wearables als unbequem, stigmatisierend oder unpraktisch empfinden.

Chancen für die Robotik

Howard betrachtet die Ergebnisse auch als grosse Chance für die Robotik. Roboter lernen anhand von Daten. Doch hochwertige Daten über menschliche Bewegungen in grossem Umfang zu sammeln, ist schwierig – nicht zuletzt, weil die derzeitigen Hilfsmittel umständlich sind.

„Ein grosser Teil der Robotikforschung befasst sich damit, aus menschlichem Verhalten zu lernen, damit Roboter es nachahmen können. Dafür braucht man jedoch riesige Datenmengen aus alltäglichen menschlichen Bewegungen, und nur wenige Menschen sind bereit, sich einen Lycra-Anzug anzuziehen und damit ihrem Alltag nachzugehen“, erklärte er.

„Diese Forschung eröffnet die Möglichkeit, unauffällige Sensoren an Alltagskleidung anzubringen, sodass wir beginnen können, die Daten über menschliches Verhalten im Umfang des Internets zu sammeln, die nötig sind, um das Feld der Robotik zu revolutionieren.“

Wenn sich riesige Mengen natürlicher Bewegungsdaten erfassen liessen, ohne dass Menschen sich „instrumentiert“ fühlen, entstünde eine andere Art von Trainingsdatensatz – einer, der abbildet, wie Menschen sich im Alltag tatsächlich bewegen, statt wie sie sich in einem Labor bewegen.

Der interessanteste Aspekt dieser Studie ist ihre Widersprüchlichkeit zur Intuition. Lockerer Stoff sollte eigentlich zusätzliche Unordnung verursachen. Stattdessen könnte er mehr Informationen liefern.

Bestätigt sich das, könnte sich die gesamte Ausrichtung des Bewegungstrackings von Gurten und Anzügen hin zu Kleidung verschieben, die sich einfach unauffällig in den normalen Alltag einfügt.