Definieren Sie den Begriff Wearables.
Als wearables werden (Computer) Technologien bezeichnet, die am Körper getragen werden können.
Was ist die Hauptfunktion von wearables und in welchen Bereichen werden diese eingesetzt?
Wearables dienen meist zur Unterstützung einer Tätigkeit in der realen Welt indem sie Informationen, Auswertungen und Anweisungen liefern.
Einsatzbereiche:
Sport & Fitness (z.B Virtual Coaching, Activity Tracking)
Wellness (Sleep/Emotion/Stress Tracking)
Medizin (Vitalzeichenmessung, Diabetis Monitorung)
Sicherheitsanwendungen und Industrie (Gefahrendetektion, Notrufmeldungen bei Sturz)
Mode (Dekorative Lichter)
Lifestyle Computing (Shedule Management, Interactive Gaming (VR))
Nennen sie 5 Beispiele für intelligente Materialien
Auxetische Materialien
PCM
Textile Materialien mit Formänderung (Formgedächtnismaterialien)
Materialien mit dilatantem Scherverhalten
Piezolelektrische Textilien
Thermoelektrische Textilien
Photovoltaische Textilien
Wodurch zeichnen sich auxetische Materialien aus?
Dehnen sich unter Zug in beide Richtungen aus (negative Piossonzahl)
Anwendung z.B in Zelten oder Protektoren
Erklären Sie die Funktionsweise von Materialien mit dilatantem Scherverhalten anhand eines Anwendungsbeispiels aus dem Sport.
Materialien mit dilatantem Scherverhalten ziegen mit zunehmender Schergeschw. zunehmende Viskosität. Sie werden also bei einem Aufprall hart und sind bei geringer Krafteinwirkung weich. Somit sind sie eigentlich das Gegenteil von dem was wir in Helmen brauchen, finden aber Anwendungen in schuss-& stichsicheren Westen.
Eine Potentielle Anwendung wäre vielleicht Protektoren bei Sportarten mit projektilähnlichem Spielgerät die Eishockey oder Baseball
(
Ungeeignet für Ski- / Fahrradhelme / Protektoren: Protektoren sollten Energie abbauen und bei einem Sturz nicht versteifen.
Diese Materialien sind geeignet für Stichsichere Westen.
)
Wozu könnten PCMs im Sport verwendet werden?
PCMs können große Mengen an latenter Wärme zu einer konstanten Temp (beim Phasenübergang), aufnehmen und abgeben.
Kann z.B zum wärmen (z.B. in Handschuhen) und kühlen (z.B in Fahrrad- oder Einsatzhelmen) verwendet werden
Wie verhalten sich Formgedächtnismaterialien?
Formgedächtnismaterialien ändern Form, Größe oder inneren Aufbau bei einem äußeren Stimulus (Temp, UV-Licht, Feuchtigkeit, Magnetfeld, pH-Wert).
Einwegmaterial:
Vorgeformter Aufbau, durch Stimulus unumkehrbarer Rückkehr in nicht vorgeformten Zustand (keine Wiederkehr in vorgeformten Zustand möglich)
Zweiwegmaterial:
kann zwischen zwei Zuständen wechseln
Anwendung
z.B. Aktive Membran mit Elektro-Osmose. Die Feuchtigkeitsdurchlässigkeit des Materials kann über eine angelegte Spannung kontroliert werden. Wenn eine Spannung angelegt wird “pumpt” die Membran aktiv Schweis aus der Jacke (von Kjus)
Welche Eigenschaften haben piezoelektische textile Materialien? Nennen sie 3 mögliche Anwendungen im Sport bei denen die Eigenschaften auf unterschiedliche Art und Weise genutzt werden
Piezoelektischer Effekt: Trennung elektrischer Ladungen als Reaktion auf mechanische Verformung. Effekt kann auch umgekehrt werden (angebrachte Ladung -> Verformung)
Anwendungen:
Materialien zur Dehnungsmessung (z.B. zur Kraftmessung in Fahrrädern, Schlägern etc.)
Energieerzeugung unter ausnutzung mechnischer Verformung (z.B. in Schuhen)
Schwingungsdämpfer im Tennisschläger (Piezoelektische Zug- & Druckfasern liefern elekt. Signal an Chip welcher das Signal zurückleitet und somit die Fasern verformt -> bis zu 50% Reduktion von Vibrationen)
Welche Materialien eignen sich zur Stromproduktion?
Was sind beispielhafte Anwendungen im Sport und wie viel Leistung lässt sich ca herstellen?
Was sind alternative Wege um in Sportapplikationen Strom zu erzeugen?
Thermoelektrische Materialien (Erzeugen Strom durch Temp. Gradienten); Material benötigt gute elektrische aber schlechte thermische Leitfähigkeit (um Temp. gradienten aufrecht zu erhalten)
z.B. Thermogeneratoren in Skijacken welche Körperwärme nutzen um 100 - 300 μW Strom zu erzeugen (genug für kleine Sensoren z.B Herzfreq.)
Photovoltaische Materialien (erzeugen eine Spannung durch beleuchtung)
z.B für Strom bei Skitouren oder beim Campen
Alternativ
CIS- Dünnschichtsolarzellen (dünne photovoltaische Folie) welche man auf einem Zelt oder beim Gehen auf einem Rucksack platzieren könnte (könnte man auch direkt einnähen)
SpGM Patent: mechanische Energie der Fußbewegung bei Langlauf- oder Tourenski wird in der Bindung in elektrische Energie umgewandelt
Was ist Elektromyographie?
EMG ist eine Methode zur Ermittlung des Kontraktionszustandes von Muskeln über die Registrierung der bei der Kontraktion entstehenden Spannungen (Potentiale).
Bewerten Sie nachfolgende Aussage: "Das EMG ist ein Maß für die Muskelkraft".
Nein, EMG ist ein Maß für Muskelaktivität aber nicht für Muskelkraft.
Muskelaktivität und Muskelkraft hängen zwar stark voneinander ab aber sind nicht gleichzustellen.
Die Muskelkraft hängt zusätzlich z.B von der aktuellen länge des Muskels, und der Gelenkposition ab
Mit welchen zwei Mechanismen steuert der Mensch seine Muskelkraft? Erläutern Sie diese kurz.
Frequenzierung (wie schnell und wie oft werden die Muskelfasern aktiviert (wie viele Enladungsimpulse))
Rekrutierung (wie viel Synapsen und somit Muskelfasern werden aktiviert)
Frequenzierung
Die Entladungsimpulse/Spannungen zur Aktivierung von Muskeln sind frequenziert (wie Wechselspannung).
Welche Art von EMG würden sie nutzen um die Aktivität tiefgelegener Muskeln zu messen? Was nutzen sie ansonsten typischerweise?
Ansonsten: Oberflächenelektroden
Wie zeigt sich Ermüdung im EMG-Signal?
Was ist die Arbeits- & Leistungssbilanz?
Wie können wir im Sportsengineering positiv Einfluss auf die Leistungsbilanz nehmen?
Definiere den Metablischen Wirkungsgrad
Was ist Spirometrie? Was ist die für Sportler wichtigste Größe die bei der Spirometrie ermittelt wird?
Definieren Sie den Begriff metabolische Energie.
Was ist das metabolische Equivalent?
Wie kann man aus der Spirometrie bestimmen welcher Stoffwechsel aktiv ist?
Über den Respiratorischen Quotienten:
Geben sie den Zeit-Zusammenhang von Riedel an (mögl. Leistung in Abhängigkeit von Belastungsdauer)
Zeichnen sie in folgende Graphik die verschiedenen Arten von mechanischer Arbeit die Muskeln verrichten ein.
Wie bestimmt man jede der 3 Arten von Muskelarbeit?
zwei Verfahren:
Gelenkleistung JPT (Joint Power Technique) &
Muskelleistung
Nennen sie die Unterschiede der
zur Ermittlung der inneren dynamischen Arbeit von Muskeln.
Wie funktionieren beide Ansätze und welches wird häufiger eingesetzt?
Gelenkleistung:
wird häufiger eingesetzt
Zusammenhänge zwischen Arbeit, Leistung, Moment & Winkelgeschw:
Muskelleistung:
Was ist die Functional Threshold Power?
Was sind Maximalwerte die ohne Doping erreicht werden können?
in W/kg
Maximalwerte: ca 6,3 W/kg
Herr A. ist Leistungssportler und bereitet sich für ein Fahrradrennen vor. Herr A. möchte seinen Körper während des Laufs immer gleich belasten um nicht gleich außer Puste zu sein. Welche Kennzahl sollte hier gemessen werden: Herzfrequenz oder Leistung, warum? Wie könnte man das im Radsport am besten umsetzen?
Herr A. sollte die Leistung messen und nicht die Herzfrequenz, da es eine kurze Zeit dauert, bis sich die Herzfrequenz an die Belastungsänderung angepasst hat. Die Leistungsmessung am Fahrrad kann z.B. mit dem Kurbelspider umgesetzt werden
Nennen sie 3 Vitalparameter
Bewerten sie die Validität von kommerziellen low-cost Messsystemen (z.B. Smartwatch aktivity trackern) zur messen von Vitalparametern wie V02max und Energy Expenditure
V02max und Energy Expenditure Berechnungen von allen untersuchten Wearables nicht genau genug für Applikationen im Sport oder der Medizin
Was ist die Herzratenvariabilität?
HVR = Veränderung des zeitlichen Abstandes zwischen 2 Herzschlägen
Was ist der Goldstandart zum essen der Körperkerntemperatur?
Was sind 3 Alternativen?
Beschreiben sie die Funktionsweise einer der Alternativen näher
Goldstandart: Rektalsonde
Alternativen:
In-Body devices (Pille zum schlucken)
Cosinuss in-ear device
Zero heat-flux sensor
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