KI sorgt für dynamisches Sitzen

Ob im Büro, der Schule oder hinter dem Lenkrad: Menschen verbringen viel Zeit im Sitzen und verharren oft zu lange in der gleichen Haltung. Mögliche Folgen: Versteifungen, Rückenproblemen und Schmerzen. Das intelligente Sitzsystem SensA-Chair sagt Unbeweglichkeit den Kampf an und sorgt für Dynamik beim Sitzen.

Im Interview mit MEDICA.de spricht Prof. Ulf Müller über ausgetrocknete Bandscheiben, die Rolle Künstlicher Intelligenz in der Medizin und darüber, was in den Polstern steckt. 

Das Labor für Fertigungssysteme der TH Köln hat SensA-Chair entwickelt. Worum genau handelt es sich dabei?

Prof. Ulf Müller: SensA-Chair ist ein vom BMBF gefördertes Forschungs- und Entwicklungsprojekt, dass das Labor für Fertigungssysteme der TH Köln im Verbund mit drei Industriepartnern und zwei weiteren Hochschulen durchgeführt hat. In diesem Projekt wurde ein intelligentes Sitzsystem entwickelt, das den Menschen vor den gesundheitlichen Folgen des langen, statischen Sitzens durch die unveränderte Haltung bewahren soll, indem es aktiv dynamisches Sitzen durch regelmäßige Sitzhaltungswechsel fördert.

Langes Sitzen belastet unseren Rücken und die Wirbelsäule – wie kann man sich diese Belastung vorstellen?

Müller: Die Rückenmuskulatur und die Wirbelsäule müssen die Belastungen durch das eigene Körpergewicht sowie durch physische Tätigkeiten ertragen. Bewegungsmangel lässt die Muskulatur und die Bandscheiben, die zwischen den Wirbelkörpern der Wirbelsäule sitzen und als Dämpfer fungieren, verkümmern bzw. degenerieren. Das gilt vor allem für das Sitzen.

Durch das lange Verharren in der gleichen Sitzhaltung gerät die Versorgung der Bandscheibe mit Sauerstoff und Nährstoffen ins Stocken und sie trocknet aus bzw. versprödet. Nur durch regelmäßige Bewegung, d.h. durch Be- und Entlastung der Bandscheiben können durch Diffusion die Nährstoffe aus dem umliegenden Gewebe in die Bandscheibe gelangen und halten sie weich und elastisch, so dass diese die auf sie wirkenden Belastungen aufnehmen kann. Das Gleiche gilt für die Rückenmuskulatur.

Wie genau funktioniert das intelligente Sitzsystem und welche Körperteile werden unterstützt?

Müller: In erster Linie soll SensA-Chair den Nutzer dabei unterstützen, selbstständig in bestimmten Abständen seine Sitzhaltung zu ändern, ohne dabei aufdringlich zu sein oder störend in den Alltag des Nutzers einzuwirken. Daher wurde auf optische oder akustische Signale verzichtet, um auf eine Änderung der Sitzhaltung hinzuweisen. Vielmehr soll der Nutzer selbstständig und ohne es sich bewusst vorzunehmen, eine Sitzhaltungsänderung in bestimmten Abständen durchführen und so dynamisches Sitzen fördern.

Mittels verschiedener Sensoren eingebaut im Sitz und in der Rückenlehne, wird die Sitzhaltung im Stuhl erkannt. Aktoren aus Formgedächtnislegierung, die sich im Polster befinden und geräuschlos arbeiten, erzeugen ein haptisches Feedback in Form einer leichten Erhebung an verschiedenen Stellen der Sitzfläche.

Dieses haptische Feedback ist so sanft, dass es vom Nutzer nicht direkt als störend empfunden wird. Zudem lässt es sich in verschiedenen Intensitätsstufen auslösen, um nochmals an eine ausbleibende Sitzhaltungsänderung zu erinnern. Der Nutzer wird somit nicht aus seinem konzentrierten Arbeiten herausgerissen.

Der richtige Zeitpunkt für eine Haltungsänderung orientiert sich an der momentanen Sitzhaltung und deren Dauer. In Kooperation mit der Deutschen Sporthochschule Köln wurden die häufigsten Sitzhaltungen bei der Büroarbeit nach dem Grad der Beanspruchung der Muskulatur klassifiziert und Grenzwerte für eine Überbelastung festgelegt. Über einen Algorithmus wird dann der richtige Zeitpunkt für einen Wechsel in eine andere Sitzhaltung signalisiert, um eine Überbelastung zu vermeiden.

Für wen wurde das System konzipiert und warum würden Sie die Anschaffung empfehlen?

Müller: Die anvisierte Zielgruppe sind jene Menschen, die berufsbedingt viel sitzen müssen und demzufolge einem erhöhten Risiko ausgesetzt sind, unter Rückenschmerzen zu leiden. Das betrifft nicht nur Büroarbeitsplätze, sondern u.a. auch Berufskraftfahrer mit langen Lenkzeiten bzw. Privatpersonen, die viel im Auto unterwegs sind.

Wie entstand die Idee zu SensA-Chair?

Müller: Das Labor für Fertigungssysteme Köln beschäftigt sich insbesondere mit der Entwicklung intelligenter, sensorbasierter Lösungen, die nicht nur im industriellen Umfeld genutzt werden, sondern auch den Menschen persönlich das Leben vereinfachen.

So wurde auch das Thema Health Care in den Fokus gerückt, das infolge der älter werdenden Bevölkerung sowie der zunehmend längeren Arbeitszeit bis zur Rente, immer wichtiger wird. Im Rahmen einer Promotion im Bereich der Arbeitswissenschaften durch einen Mitarbeiter wurden bereits Kontakte zur Sporthochschule und Industriepartnern geknüpft, um die Herausforderungen des demografischen Wandels durch die Entwicklung intelligenter und ergonomischer Produkte und Arbeitsmittel zu lösen. Dabei kam man auch auf das Thema "Sitzen ist das neue Rauchen" zu sprechen und wie ein "gesundes Sitzen" mit Hilfe intelligenter Technik ermöglich werden kann.

Die zweijährige Projektphase ist 2018 zu Ende gegangen. Ihr Fazit.

Müller: SensA-Chair war ein sehr herausforderndes Forschungsprojekt zu einem hochinteressanten Thema, das uns alle betrifft. Die Zusammenarbeit mit den Partnern aus unterschiedlichen Disziplinen erwies sich als sehr fruchtbar und es konnten neue Erkenntnisse gewonnen werden. Es wurde ein erster Prototyp des Sitzsystems gebaut, der hoffentlich künftig weiterentwickelt wird und in naher Zukunft auf den Markt gebracht werden soll. 

Welche Rolle spielt Künstliche Intelligenz in Zukunft für die Medizin?

Müller: Bezogen auf SensA-Chair und dem prospektiven Sitzen zur Vermeidung von Rückenbeschwerden kann mittels KI z.B. der Zeitpunkt und der Grad der Muskelermüdung errechnet werden, ohne eine nicht-invasive oder minimal-invasive Messung des Muskelgewebes durchführen zu müssen. Die Betrachtung von Sitzprofilen und Sitzmustern in diese Berechnung kann eine genauere Bewertung der Beanspruchung des muskuloskelettalen Systems ermöglichen. Werden künftig zudem fachübergreifend und systemübergreifend Daten gewonnen und bereitgestellt, lassen sich durch den Einsatz von spezialisierten KI-Systemen gezielter Probleme identifizieren und somit schneller Lösungen finden.