Anwendungsorientierte Forschung

Wie 5 Fraunhofer-Projekte Sportler unterstützen können

| Redakteur: Hendrik Härter

Wearable: Die tragbare Elektronik ist für sportliche Aktivitäten sehr gut geeignet, misst sie kontinuierlich verschiedene Vitalparameter.
Wearable: Die tragbare Elektronik ist für sportliche Aktivitäten sehr gut geeignet, misst sie kontinuierlich verschiedene Vitalparameter. (Bild: Fraunhofer IIS)

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Forschung für Sportler: Unter diesem Motto demonstriert die Fraunhofer-Gesellschaft, wie Elektronik sinnvoll Sportlern zugutekommt. Wir stellen fünf Projekte vor.

Auch wenn WM und EM hinter uns liegen, so spielt Fußball immer eine Rolle. So auch für die Forscher am Fraunhofer-Institut für Integrierte Schaltungen (IIS) in Nürnberg. Die Torlinientechnik GoalRef des IIS funktioniert mit einem Magnetfeld. Im Tor selbst herrscht ein Magnetfeld und im Fußball sind Spulen. Sobald Ball und Spulen ins Tormagnetfeld gelangen, bauen diese mittels Induktion ein eigenes Feld auf. Die Änderung des Magnetfeldes am Tor wird von Antennen registriert. Eine Auswerteeinheit liest und bewertet die Daten. Wenn der Ball in vollem Umfang hinter der Linie ist, entsteht ein eindeutiges Signal.

Anschließend wird das Ergebnis in Echtzeit und sicher verschlüsselt an den Schiedsrichter übertragen. Bei einem Tor erscheint auf der Uhr des Schiedsrichters ein „Goal“. Die Spulen im Ball sind passive Elemente und jederzeit ohne Batterien einsatzbereit. Sie befinden sich zwischen Blase und Außenhülle. Ein Chip ist nicht im Ball verbaut. Somit verhält sich der präparierte Ball wie ein herkömmlicher Ball.

Ebenfalls auf drahtlose und induktiv aufladbare Sensormodule beruht eine Technik, die in einem Boxhandschuh integriert ist. Damit lassen sich Faustbeschleunigugng und Schlaggeschwindigkeit in Echtzeit messen. Die integrierten Beschleunigungssensoren werten die Parameter aus und spezielle Algorithmen charakterisieren den Faustschlag. Die drahtlose Technik des Fraunhofer IIS überträgt die gespeicherten Daten an einen PC oder Tablet.

RedFIR lokalisiert per Funk Objekte und Personen

Ebenfalls vom Fraunhofer IIS ist RedFIR. Hier senden an Personen oder Objekte angebrachte Miniatursender Funksignale, die von Empfangsantennen aufgenommen werden. Die Laufzeitdifferenzen lassen auf die Positionen aller Sender schließen. Das System arbeitet im freien Frequenzband von 2,4 GHz. Großer Vorteil gegenüber videobasierten Systemen: Auch verdeckte Objekte lassen sich lokalisieren.

Die eingesetzten Sender sind miniaturisiert und können in Schuhen oder Spielerkleidung untergebracht oder im Ball integriert werden. Die Sender zeichnen sich durch eine sehr hohe Robustheit aus, sie sind stoß- und wasserfest. Die Akkus laufen drei bis vier Stunden und werden drahtlos aufgeladen.

Die Empfängerinfrastruktur besteht aus mehreren Antennen und Antenneneinheiten, die rund um das überwachte Areal installiert sind und mit einem zentralen Standort vernetzt werden. Dort erfolgen die Synchronisation aller Empfänger sowie die Berechnung der Eintreffzeitpunkte der kurzen Signale mit Hilfe FPGA-basierter PCI-Einsteckkarten. Die Empfängereinheiten werden ständig weiterentwickelt im Hinblick auf Kostenreduzierung, Erhöhung der Flexibilität und Implementierung neuer Systemeigenschaften.

Die ermittelten Daten laufen im linuxbasierten Rechnernetz zusammen, das aus mehreren über Ethernet vernetzten Standardservern besteht. Die systemspezifische Infrastruktursoftware errechnet die Positionen aller Sender in Echtzeit und ermöglicht deren direkte Darstellung auf einer 3-D- Oberfläche. Beispielsweise können bei Einsatz des Systems im Rahmen eines Fußballspiels die Positionen von Spielern und Ball auf einem virtuellen Fußballfeld graphisch visualisiert werden. Auch das Rechnernetz mit seiner Software wird mit dem Ziel der Ressourcenreduzierung fortlaufend optimiert.

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