Den lille sorte dingsen som ligger i forskerens hånd kan minne om en lakriskaramell – men er helt sukkerfri. Den er i stedet fullspekket med måleinstrumenter som kan kartlegge bevegelsene til en person. Svært nøyaktig. Sensoren inneholder nemlig både gyroskop, akselerometer, og barometer og kan blant annet måle vinklene til armer og bein når de beveger seg.
SINTEFs seniorforsker Trine Seeberg bruker sensorer som festes til kroppen for å kartlegge bevegelsene til langrennsløpere og MS-syke. På mikronivå. Foto: Thor Nielsen
Sensorteknologi har i det siste blitt brukt som førstehjelp i jakten på norske skimedaljer. Men forskerne har flere bruksmuligheter på lur: teknologien kan også hjelpe mennesker med den snikende og kroniske sykdommen multippel sklerose.
Fakta om AutoActive:
Målet i prosjektet er å utvikle verktøy, metoder og modeller som gjør det mulig å trekke ut nyttig og pålitelig informasjon fra ulike sensordata knyttet til menneskelig ytelse og aktivitet.
Prosjektet består av et tverrfaglig team med forskere fra SINTEF, NTNU, Olympiatoppen, Oslo Universitetsklinikk og MS-senteret i Hakadal. AutoActive ser på nytteverdien av sensorteknikk som festes på kroppen i forbindelse med både langrenn og MS.
Dataene som samles inn skal bli verktøy som kan brukes til å utvikle modeller som gir en samlet forståelse av ytelse, fysiologiske responser og bevegelsesteknikk innenfor utendørs langrenn og til trening og oppfølging av mennesker med sykdommen MS.
Prosjektet er i startgropa og vil pågå i tre år til.
AutoActive er finansiert av Forskningsrådet i IKTPluss programmet, prosjektnummer 270791.
- Prosjektet er en viderføring av forskningen som SINTEF og skiprodusenten Madshus har gjort for å blant annet finne det optimale skipar til sine langrennsløpere.
– Vi ser i tillegg for oss at dette på sikt skal bli et nyttig verktøy for hobbymosjonister, fordi teknologien kan brukes i smartklokker, sier SINTEF-forsker Trine Seeberg som leder prosjektet.
Ser «alt» gjennom bevegelsene dine
På fagspråket kalles denne typen sensor en IMU, som er en forkortelse for Inertial Movement Unit.
– Sensorene samler all informasjonen og sender den til en datamaskin. Med andre ord: Dersom kroppen din blir utstyrt med IMU’er på armer og bein, brystkasse og rygg, blir hver lille bevegelse registrert, forteller forsker Trine M. Seeberg i SINTEF.
Informasjonen kan kombineres med data fra andre sensorer som for eksempel fysiologiske parametere som hjerterate og muskelaktivitet, kraftsensorer og kontekstinformasjon som temperatur og fuktighet. Skjer forsøket utendørs, kan det også kobles på GPS.
– Nylig har pressen skrevet om at toppalpinist Ragnhild Mowinckel har brukt de mest nøyaktige GPS-sensorene som finnes for å forbedre sin svingteknikk, med svært gode resultater. I dette prosjektet bruker vi også GPS teknologi, men vi trenger ikke like god nøyaktighet og vi kobler i tillegg på andre typer sensorer enn det hun har brukt, sier Seeberg.
Kan bli et viktig verktøy i medaljekampen
Til sammen gir dataene fra de ulike sensorene forskerne detaljert informasjon om alt fra feil i skiteknikken hos en langrennsløper, til hvordan en MS-syk pasient beveger seg.
– Nå er vi i gang med å bruke teknologien, vi kan automatisk kjenne igjen hvilken delteknikk løperen bruker i terrenget, samt karakterisere de ulike delteknikkene. Neste steg er å finne de riktige parameterne som kan gi skiløperne teknikkforbedringer i hver enkelt delteknikk, samt å utvikle det samme for skøyting.
– Forsker Trine Seeberg i SINTEF
Målet er at begge brukergruppene skal få nytte av informasjonen slik at de kan forbedre sine fysiske prestasjoner. Enten for å optimalisere skiteknikken eller jobbe smart mot økt muskelstyrke.
Men det er ikke enkelt. For at det skal bli mulig må forskerne se bak tallene, målingene og datamengden: De må klare å kjenne igjen mønster, slik at dataene kan tolkes og bli til praktisk informasjon. Med andre ord må forskerne utvikle algoritmer; matematiske verktøy som kjenner igjen mønster og som kan omskape tallene i dette mønsteret til informasjon som kan brukes til noe nyttig.
Algoritmene er grunnstammen i dataprogrammene som skal utvikles slik at bevegelsene i det avanserte maskineriet som menneskekroppen er kan optimaliseres, forklarer SINTEF-forsker Trine Seeberg.
– Nå er vi i gang med å bruke teknologien, vi kan automatisk kjenne igjen hvilken delteknikk løperen bruker i terrenget, samt karakterisere de ulike delteknikkene. Dette er på plass for klassisk teknikk. Neste steg er å finne de riktige parameterne som kan gi skiløperne teknikkforbedringer i hver enkelt delteknikk, samt å utvikle det samme for skøyting, sier Seeberg.
Forsker og forskningsobjekt
I dette prosjektet, som har fått navnet AutoActive, samarbeider fysiker, langrenns-entusiast og forsker Trine M. Seeberg i SINTEF blant annet med professor Øyvind Sandbakk ved NTNUs Senter for Toppidrettsforsking. Sistnevnte er også leder for forskning og utvikling i Olympiatoppen, og selv en habil langrennsløper. Nå deltar han både som forsker og som forsøksperson, mens Seeberg leder prosjektet og tar en doktorgrad ved NTNU som en del av arbeidet.
Fakta om sykdommen MS:
Multippel sklerose (MS) er en kronisk nevrologisk sykdom som rammer unge voksne, som regel mellom 20 og 40 år.
Sykdommen kan gjøre at pasienten mister kraft og styring over musklene i kroppen, får føleforstyrrelser, synsproblemer, balanseproblemer og ulike andre symptomer fra hjerne eller ryggmarg. Sykdomsbildet har store variasjoner.
Mens noen tilsynelatende er helt friske, men kanskje strever med fall og snubling, er andre så rammet at de må sitte i rullestol. Tidlig diagnostisering er avgjørende for å få optimal behandling. De siste årene har vi fått medisiner som gjør at man kan bremse utviklingen av sykdommen, men dessverre kan man fortsatt ikke kurere sykdommen.
Pasientene har stor nytte av fysisk trening, og kan med målrettede øvelser forbedre muskelstyrken, men dette har til nå vært vanskelig å måle.
Bruk av sensorteknologi som festes på pasientens kropp kan derfor gi behandler og pasient nyttig og målrettet informasjon om alt fra nytten av medisinering til hvordan den enkelte bør trene for å forbedre hverdagen sin.
Fordi resultatene skal brukes for å hjelpe alt fra eliteløpere som konkurrerer til hobbymosjonister og MS-rammede, er det nødvendig med et stort og tverrfaglig forskningsteam for å løse oppgaven:
– Vi i SINTEF har fått med oss et stjernelag i dette prosjektet. De tekniske partnere er SINTEF Digital og Universitetet i Oslo (DSP gruppen), mens den medisinske kunnskapen blir dekket av MS klinikken på Ullevål fra OUS og MS Senteret i Hakadal. NTNU (Senter for Toppidrettsforskning) og Olympiatoppen tar seg av idrettsbiten, forteller Trine Seeberg.
Resultatet er så langt mengder med data som viser forsøkspersonenes bevegelsesmønster og ytelse.
Avslører skiløpernes feil i ulike delteknikker
Akkurat nå har Trine festet de små sensorene til armer, bein, brystkasse og rygg på Øyvind Sandbakk. Nå er han satt i «arbeid» – han skal gå «skate» på rulleski på en tredemølle her på Toppidrettsenteret i Granåsen i Trondheim.
–I langrenns-caset er vi godt i gang og har allerede fullført de første datainnsamlingene, her bygger vi på arbeid som er gjort over flere år i emPower prosjektet, som vi har gjort med ski-produsenten Madshus, forteller forskeren.
- Les Gemini-saken om hvordan Madshus, SINTEF og skieliten samarbeidet for å blant annet finne den optimale ski i prosjektet emPower her.
Det som er spesielt med langrenn kontra løping eller sykling er at innenfor langrenn veksler skiløperne kontinuerlig mellom ulike delteknikker. Forskerne har derfor jobbet mye med å få sensorene til å kjenne igjen de ulike delteknikkene.
Gøy på jobben: Øyvind Sandbakk og Trine Seeberg er begge over snittet opptatt av langrenn. Nå bruker de forskningskompetansen sin til å lage verktøy som blant annet gir ny innsikt i skiløpernes delteknikk i sporet. Foto: Thor Nielsen
–Det å få innsikt i hvor mye en bruker de ulike delteknikker, og hvilke tekniske løsninger som er mest effektive gir nyttig informasjon både under trening og konkurranse for topputøvere i langrenn. Denne informasjonen kan brukes til å finne utviklingsområder en kan optimalisere, utdyper Øyvind Sandbakk.
Nytt verktøy for behandling av MS-syke
Samtidig er overlege og professor i nevrologiske sykdommer, Elisabeth Gulowsen Celius ved Oslo Universitetssykehus i gang med å se på de første resultatene fra forsøkene med MS-syke. Hun liker det hun ser.
– Dette blir et fantastisk verktøy for oss, sier legen entusiastisk. Resultater som er gjort ved MS-senteret i Hakadal viser at nytteverdien for både pasienter og behandlere er stor, selv om vi bare har brukt sensorer på pasientenes føtter så langt.
Pilottestingen har gitt oss kunnskap om hvordan teknologien kan brukes videre. Neste steg blir å utstyre pasientene med sensorer også på bryst, rygg og armer.
–Vi vet at fysisk aktivitet er svært viktig for pasientene våre. Men så langt har vi ikke hatt noen eksakt måte å måle framgangen på. Men her kommer altså denne fantastiske teknologien til hjelp, sier overlegen, og fortsetter:
– Når vi vet at toppidrettsutøvere kan bruke dette til å finpusse teknikken sin, sier det seg selv at det kan få stor betydning for mennesker som har trening som en viktig del av behandlingen. Små justeringer kan få store konsekvenser for den enkelte MS-pasient. Kan vi analysere bevegelsene og endringene i disse etter målrettet trening på en eksakt måte, kan vi også følge opp pasientene mer systematisk over tid.
Hun forteller at legene de siste årene heldigvis fått flere medisiner som kan holde sykdommen brukbart i sjakk. Målet er nå å bruke kunnskapen fra dette prosjektet til å utvikle en app som hjelper pasientene til mer målrettet og presis trening.
–Vi vet at fysisk aktivitet er svært viktig for pasientene våre. Men så langt har vi ikke hatt noen eksakt måte å måle framgangen på. Men her kommer altså denne fantastiske teknologien til hjelp.
– Overlege Elisabeth Gulowsen Celius
Bruk av sensorer gir også mulighet til å måle effekten av både behandling for å påvirke sykdomsutviklingen og symptomatisk behandling. Eksempelvis ønsker legene å bruke sensorene til å vurdere nytten av medikamenter som bedrer muskelstyrke og utholdenhet. Sensorene vil for eksempel måle endring i gangfunksjon og balanse mer objektivt.
– Det vil bli et veldig nyttig verktøy både for å motivere de syke til å trene riktig og målrettet, og for å følge opp sykdommen på en helt annen måte enn vi har kunnet gjøre før, sier overlege Elisabeth Gulowsen Celius, som altså leder den medisinske delen av prosjektet ved Oslo Universitetssykehus.
Det får man kalle en vakker bakside av medaljekampen.
