Star Trek im Straßenverkehr: Autos überwachen Puls und Atem
Radarblick auf die Gesundheit: Forschende der Universität Waterloo entwickeln KI-gestützte Radartechnologie zur Überwachung des Herz-Kreislauf- und Atmungssystems von Autofahrern.
Müdigkeit, Unkonzentriertheiten oder gesundheitliche Probleme sorgen regelmäßig für schlimme Unfälle.
Foto: PantherMedia / Benis Arapovic
Ein Forschungsteam der Universität Waterloo lässt sich von der medizinischen Station der Enterprise aus „Star Trek“ inspirieren, um mittels Radartechnologie Autos und Lastwagen in fahrende Gesundheitszentren zu verwandeln. Dabei geht es darum, den Gesundheitszustand der Fahrer kontinuierlich zu prüfen, um frühzeitig Risiken zu erkennen, die die Sicherheit auf den Straßen gefährden könnten.
Warum ist eine Gesundheitsüberwachung von Fahrern so wichtig?
Immer wieder kommt es zu schweren Unfällen, weil Fahrer aus gesundheitlichen Gründen nicht mehr in der Lage sind, ihr Fahrzeug sicher zu führen. Daher gibt es zahlreiche Bestrebungen, den Gesundheitszustand während der Fahrt ständig zu überwachen. Dazu gehört auch die Erkennung von Ermüdungserscheinungen, Ablenkung oder anderen Beeinträchtigungen, die zu Unfällen führen können.
Obwohl viele Überwachungssysteme für den Einsatz in Privatfahrzeugen empfohlen wurden, erwiesen sich viele als unhandlich oder gefährdeten die Privatsphäre der Nutzer. Radartechnologien bieten aufgrund ihres Datenschutzes, ihrer berührungslosen Anwendung, ihrer Genauigkeit, ihrer Benutzerfreundlichkeit, ihrer Kosteneffizienz und ihrer Widerstandsfähigkeit gegenüber äußeren Bedingungen eine Lösung für diese Probleme. Hier setzt die Forschung der Universität Waterloo an.
Integration von Radar in die Fahrzeugtechnologie
Dr. George Shaker, Professor für Elektrotechnik und Informatik an der University of Waterloo, leitet ein Forschungsteam von Doktoranden, die an der Integration von Radartechnologie in moderne Fahrzeugsysteme arbeiten. Ziel ist es, die Gesundheitsüberwachung zu vereinfachen, indem die im Fahrzeug verbrachte Zeit genutzt wird, um Gesundheitsdaten zu sammeln, die ohne tragbare Geräte genau analysiert und präventiv genutzt werden können.
Ein Radargerät, das nicht größer als ein USB-Stick ist, wird im Fahrzeuginneren installiert. Es sendet Signale aus, die menschliche Vibrationen auffangen und zur Analyse an das Gerät zurücksenden. Ein darauf abgestimmtes KI-System verarbeitet diese Daten, um ein detailliertes medizinisches Profil zu erstellen und potenzielle Gesundheitsprobleme zu identifizieren. Nach der Fahrt wird der Gesundheitsbericht zur sofortigen Überprüfung direkt auf das Smartphone des Fahrers übertragen.
„Die Technologie hinter unserem Radar ist keineswegs neu“, erklärt Shaker. „Bereits 2017 haben wir Radar in ersten Versuchen eingesetzt, um beispielsweise das Unterhaltungssystem im Auto berührungslos zu steuern oder auf Kinder und Haustiere aufmerksam zu machen, die im Auto zurückgelassen wurden. Der Einsatz dieser Technologie zur Überwachung der Gesundheit der Insassen ist ein wichtiger Schritt auf dem Weg zur Verwirklichung unserer Vision von Autos als zukünftige medizinische Überwachungszentren.“
Radar erkennt Geben und Senken des Brustkorbs
Die neue Technologie der Universität Waterloo ist in der Lage, selbst kleinste Bewegungen wie die des Brustkorbs beim Atmen oder den Herzschlag zu erfassen. Die Herausforderung für Shaker und sein Forschungsteam bestand darin, diese Technik so zu verfeinern, dass sie subtile Veränderungen der Atemfrequenz oder des Herzrhythmus erkennen kann. Solche Veränderungen können frühe Anzeichen von Gesundheitsproblemen sein, darunter Herz-Kreislauf-Erkrankungen wie zu schneller oder zu langsamer Herzschlag und Atemwegserkrankungen wie beschleunigte, verlangsamte oder unterbrochene Atmung.
„Wir haben uns auf die Verbesserung der Datenextraktion konzentriert, um genaue Informationen über das Atmungs- und Herz-Kreislauf-System des Menschen zu erhalten und der KI beizubringen, wie sie diese Daten medizinisch interpretieren kann. Ein weiterer wichtiger Aspekt war der Schutz der Privatsphäre und die Sicherheit – die Daten werden nicht in der Cloud gespeichert, sondern nur an das Mobiltelefon der überwachten Person gesendet“, erklärt Ali Gharamohammadi, der für das Projekt verantwortliche Doktorand.
Erfolgreiche Tests
In einer Reihe von Experimenten mit künstlichen Daten, bei denen die Probanden Symptome von Atemwegserkrankungen simulierten, indem sie den Atem anhielten oder flach atmeten, wurde die Genauigkeit des Systems bei der Erkennung und Analyse von Atemwegsproblemen nachgewiesen. Auch bei Patienten mit Herzproblemen wurde die Technologie getestet, auch hier erwies sich das System effektiv und erkannte die Probleme.
Aufbauend auf diesen Ergebnissen plant das Forschungsteam, die Einsatzmöglichkeiten der Radartechnologie weiter zu vertiefen. Ziel ist eine umfassende Überwachung des Gesundheitszustands und des allgemeinen Wohlbefindens aller Fahrzeuginsassen. Dazu gehören die Durchführung von Diagnosen und die Erstellung detaillierter medizinischer Berichte, die frühzeitig auf behandlungsbedürftige Gesundheitsprobleme hinweisen, sowie die Unterstützung der Notfallkommunikation im Falle eines Unfalls.
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