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"Wir als Frankfurt UAS können in der Forschung international mithalten"

Wenn jemand stürzt, ist sie oder er oft auf schnelle Hilfe angewiesen. Was aber, wenn niemand den Sturz bemerkt hat und die Person alleine ist? Die Frage, wie solche Stürze entdeckt werden können, steht im Zentrum der Forschung des Informatikers Luigi La Blunda. Er hat als Mitglied der Forschungsgruppe von Prof. Dr. Matthias Wagner im April 2022 in Kooperation mit der andalusischen Universidad de Cádiz promoviert und ist inzwischen bei einem großen Unternehmen im Bereich IT-Architektur tätig. Im Gespräch blickt er auf seine Promotionszeit zurück und berichtet vom Austausch mit internationalen Forschenden, wilden Prototypen und klugen Sensoren.


Herr La Blunda, warum beschäftigt sich ein Informatiker mit der Erkennung von Stürzen?

Ein Sturz kann für Betroffene, die keine Hilfe erhalten, tödliche Folgen haben. In unserer Gesellschaft sind insbesondere ältere Menschen betroffen – stellen Sie sich vor, eine Bewohnerin oder ein Bewohner eines Altenheims fällt aus dem Bett und kann sich nicht bemerkbar machen. Aber auch für bestimmte Berufsgruppen ist die Frage, wie schnell ein Sturz erkannt wird, manchmal überlebenswichtig, etwa für Feuerwehrleute oder Techniker/-innen, die beim Einsatz an entlegenen Orten wie etwa auf einem Windrad einen Unfall haben. Als Informatiker/-innen können wir daran forschen, wie Technik helfen kann, solche Stürze korrekt zu erkennen und im Notfall den Rettungsdienst oder andere Stellen zu benachrichtigen, ohne dass die Betroffenen selbst aktiv werden müssen.

Am Anfang Ihrer wissenschaftlichen Laufbahn stand ein Studium der Ingenieurinformatik an unserer Hochschule. Wie kamen Sie zu Ihrem Forschungsgebiet?

Nach meinem Bachelor habe ich mich für den interdisziplinären Master-Studiengang Barrierefreie Systeme, heute „Inclusive Design“, entschieden, mit dem Informatik-Schwerpunkt Intelligente Systeme. Der Studiengang beschäftigt sich mit der Frage, wie intelligent vernetzte Sensoren und Aktoren den Lebensraum von Menschen verbessern können. Kurz nach dem Beginn meines Master-Studiums bin ich wissenschaftlicher Mitarbeiter in der Forschungsgruppe von Prof. Dr. Matthias Wagner geworden. Die Gruppe arbeitet zu Themen wie drahtlose intelligente Sensornetzwerke – Wireless and smart Sensor Networks –, dem Internet of Things und Data Science und ist insbesondere im Bereich der Erkennung menschlicher Aktivitäten – Human Activity Recognition – und auf dem Gebiet der sogenannten Safety Critical Systems sehr aktiv. „Safety critical“ heißt hier: relevant für die grundlegende Sicherheit von Menschen. Vorm Hintergrund dieser Forschungsthemen habe ich in meiner Master-Thesis ein Gurtsystem zur Sturzerkennung entwickelt.

Ist Ihnen die Entscheidung, anschließend zu promovieren, leichtgefallen?

Ursprünglich hatte ich geplant, nach meinem Master in die Wirtschaft zu gehen. Aber bei einem Symposium in Cádiz habe ich Kontakte zu Forschenden der dortigen Universität geknüpft und ich erhielt die Chance, in Kooperation mit der UCA, der Universidad de Cádiz, zu promovieren. Es hat mich gereizt, noch einmal tiefer in das Forschungsgebiet eintauchen zu können. Außerdem hat mir die Arbeit in meiner Forschungsgruppe Spaß gemacht und die Kolleginnen und Kollegen aus Spanien waren sehr freundlich und aufgeschlossen. Ich dachte mir: Dass ich im Berufsleben noch mal so unkompliziert die Möglichkeit habe, zu promovieren, ist unwahrscheinlich – deshalb fiel mir die Entscheidung für die Promotion letztlich nicht schwer.

Womit genau haben Sie sich in Ihrer Doktorarbeit beschäftigt?

Mein Fokus lag auf der Sturzerkennung durch Sensorfusion. Bei der Sensorfusion werden Daten aus mehreren Knotenpunkten kombiniert, um eine besonders zuverlässige Aussage treffen zu können. Dabei sollten Stürze nicht nur festgestellt, sondern auch klassifiziert werden. Ich wollte also nicht nur eine Antwort auf die Frage haben, ob jemand gestürzt ist, sondern auch wie. Dazu musste natürlich erst mal definiert werden, was überhaupt ein Sturz ist – und was vielleicht nur eine sehr dynamische Bewegung. Wichtig war mir, ein portables System der Sturzerkennung zu entwickeln, Betroffene sollten es am Körper tragen können. Über Bluetooth gibt das System sicherheitskritische Informationen an zuvor festgelegte Stellen weiter.

Wie haben Sie sich Ihrem Ziel genähert, ein so komplexes System zu entwickeln?

Zu Beginn habe ich natürlich die bisherige Forschung durchkämmt und geschaut, welche Systeme bereits entwickelt wurden. Eines davon – ein tragbares Sensorsystem basierend auf einem Brust und Oberschenkelknoten – habe ich auch nachgebaut, um ein Referenzsystem zu haben. Mein Ansatz war es, einen Hüftgurt mit vier Knotenpunkten zu konzipieren. Die Hüfte ist ein Massepunkt des Körpers, an dem besonders detaillierte Bewegungsdaten ausgelesen werden können. Vier Punkte sollten es sein, weil so zum einen eine gewisse Ausfallsicherheit gewährleistet wird und weil sich zum anderen durch die symmetrische Verteilung der Sensoren sehr präzise Daten ergeben, die gespiegelt werden können, falls ein oder mehrere Punkte ausfallen. Im nächsten Schritt habe ich Sturzsimulationen durchgeführt, zunächst mit Testpuppen, dann mit Probanden.

War es schwer, Probanden zu finden?

Nein, glücklicherweise bin ich an der Hochschule gut vernetzt und konnte auch Tests mit Freunden und Familienmitgliedern machen. Sie haben sich auch nicht davon abschrecken lassen, dass der erste Prototyp etwas wild aussah, weil so viele Kabel raushingen (lacht). Toll war, dass wir für die Tests das Feuerwehr- und Rettungs-Trainings-Center hier in Frankfurt nutzen durften. Ich bin wirklich dankbar für diese Unterstützung. Leider hat die Corona-Pandemie unseren Tests im Frühjahr 2020 erst mal ein Ende bereitet und ich musste weitere Sturzsimulationen zu Hause durchführen, auch mit der Hilfe von Kollegen, die mir ihre Simulationsdaten virtuell übermittelt haben.

Nach Abschluss Ihrer Testreihen hatten Sie eine große Fülle von Daten zur Verfügung. Wie ging es für Sie weiter?

Bei meiner Analyse der Daten wurde deutlich, dass eine Kopplung mit Informationen zur Herzfrequenz der Betroffenen sinnvoll sein könnte: Die Herzfrequenz kann unterstützend zur Erkennung von Sturzereignissen wirken und die Zuverlässigkeit des Systems damit erhöhen. Im besten Fall helfen Daten zur Herzfrequenz sogar dabei, einen Sturz zu verhindern, weil eine veränderte Herzfrequenz ein frühes Signal für eine Sturzgefahr sein kann. Rund um dieses Thema habe ich eng mit Ärztinnen und Ärzten zusammengearbeitet und das System gemeinsam mit einer Hausarztpraxis validiert.

Wie sah das Endergebnis aus?

Letztendlich konnten durch die Kombination der Gurte 96 Prozent aller Stürze korrekt erkannt werden. Eine von mir entwickelte App bereitet die Daten so auf, dass sie für medizinisches Fachpersonal leicht auslesbar sind. Damit können Ärztinnen und Ärzte direkt sehen, wie Betroffene gestürzt sind. Und der Sensorgurt selbst ist deutlich kompakter als der erste Prototyp – rund um das Thema Benutzerfreundlichkeit hat mir der Austausch mit Mediziner/-innen sehr geholfen, aber auch Gespräche mit meiner Schwester, die examinierte Kranken- und Altenpflegerin ist. Sie konnte mir zum Beispiel Tipps geben, wie der Gurt aufgebaut sein muss, damit demenzkranke Personen ihn sich nicht vom Körper reißen können.

Wie die Ergebnisse meiner Forschung ihren Weg in die Praxis finden, ist zurzeit noch nicht klar, weil medizinische Produkte umfangreiche Testreihen durchlaufen müssen. Aber ich freue mich, dass andere Forschende in Frankfurt und Cádiz an meine Arbeit anknüpfen.

Wenn Sie auf die Jahre Ihrer Promotion zurückblicken – gab es da auch Irrwege oder Rückschläge?

Auf jeden Fall, Forschung bedeutet ja oft auch Trial and Error. An einem Punkt hat der Hersteller, dessen Sensoren ich für meine Prototypen genutzt habe, seine Hardware zurückgezogen und ich musste erst mal klären, welche Alternativen ich hatte. Sechs Monate Arbeit mit der alten Hardware waren sozusagen für die Tonne. Und auch das Verfolgen unterschiedlicher Themenansätze in meinem Forschungsgebiet war nicht immer von Erfolg gekrönt. Beispielsweise habe ich damit experimentiert, Sensoren in Schuhsohlen unterzubringen, weil die Gangart von Patientinnen und Patienten sehr aufschlussreich sein kann – etwa, wenn sich jemand schleppend bewegt. Die auf diese Weise gesammelten Daten waren allerdings nicht aussagekräftig genug. Andererseits: Sackgassen halten ja auch Erkenntnisse bereit, die einen weiterbringen.

Sie haben sich als Forschender sowohl an der Frankfurt UAS als auch im Umfeld der Universidad de Cádiz bewegt. Welche Erfahrungen werden Ihnen besonders in Erinnerung bleiben?

Da fallen mir spontan vier Punkte ein: Erstens hat mich die Art und Weise, wie ich gleich zu Beginn meiner Promotion an der Uni Cádiz empfangen wurde, sehr beeindruckt. Die Forschenden in Cádiz sind wie eine kleine Familie und haben mich unglaublich herzlich aufgenommen. Wirklich toll war auch, und das wäre mein zweiter Punkt, der angenehme Umgang und der offene Ideenaustausch in der Forschungsgruppe von Herrn Wagner. Dort herrscht die Grundhaltung, dass man immer bereit sein sollte, von anderen zu lernen – auch ein Erstsemester kann wichtige Ideen haben. Drittens fand ich die Erfahrung spannend, wie sich in einer Promotion wissenschaftliche Theorie und Praxis kombinieren lassen. Manchmal glaubt man ja, eine Promotion bedeute ausschließlich „trockene“ Theorie, aber wir haben bei unserer Forschung immer den Anwendungsbezug im Blick. Und mein vierter Punkt ist auch eine schöne Erkenntnis: Ich habe den Austausch mit Forschenden aus der ganzen Welt sehr genossen und dabei festgestellt, dass wir als Frankfurt UAS in der Forschung international mithalten können.

Zentrale WebredaktionID: 4224
letzte Änderung: 01.05.2018