07. Mai 2025

21. Frühjahrsschule "Technologien im Leistungssport"

Athletinnen und Athleten trainieren mit KI-Coaches, tragen smarte Kleidung mit integrierter Sensorik und nutzen Neurotechnologie zur Leistungsoptimierung – klingt nach Science-Fiction? Weit gefehlt! Der Vortrag gibt einen spannenden Einblick in aktuelle Entwicklungen und Zukunftstechnologien, die zum Teil bereits heute den Spitzensport revolutionieren. Ob adaptive Sportgeräte aus dem 3D-Drucker, KI-gestützte Bewegungsanalysen oder virtuelle Trainingsumgebungen – hier treffen Hightech und Höchstleistung aufeinander. Entdeckt, wie moderne Technologie die Grenzen des Möglichen neu definiert. Lasst Euch inspirieren von einer Zukunft, die schon begonnen hat.

Das Mess- und Informationssystem Bogen ist ein Trainings- und Leistungsdiagnostikgerät mit dem es möglich ist, am individuellen Sportgerät der Athleten*innen die maximalen Haltekräfte zu messen. Die Kombination aus Carbon- und 3-D-Druckkomponeten reduzierten hierbei die Masse die zusätzlich am Bogen angebracht werden muss. Die Datenübertragung zum mobilen Android Endgerät ist per Bluetooth umgesetzt.

Zur individuellen Analyse und Verbesserung der Technik können Athlet:innen in den Wurf- und Stoßdisziplinen auf bewährte Messsysteme zurückgreifen, welche unter anderem die Reaktivkräfte am Boden aufzeichnen. Para-Athleth:innen in den sitzenden Startklassen stehen diese Messsysteme aufgrund der Verwendung spezieller Wurfstühle jedoch nur eingeschränkt zur Verfügung. Im Rahmen des BISp-Service-Forschungsprojektes FORCEAT wurde daher am Institut für Leichtbau und Kunststofftechnik der TU Dresden in Zusammenarbeit mit dem IAT ein Messsystem zur Erfassung der Reaktivkräfte an einem Wurfstuhl entwickelt, welches auf die speziellen Anforderungen des Parasports abgestimmt ist. Damit können sowohl der Vertikalkraftverlauf und Schwerpunktverlagerungen auf der Sitzfläche des Wurfstuhls als auch die Kraftkomponenten an der Haltestange während der Wurfbewegung gemessen werden. Die drahtlose Datenübertragung und Darstellung der Messgrößen in Echtzeit ermöglichen dem Trainerteam sowie den betreuenden Sportwissenschaftler:innen eine Bewertung der Messergebnisse direkt vor Ort und die Para-Athleth:innen profitieren von einem unmittelbaren Feedback. Ausgehend von einer Analyse der Haltestange hinsichtlich der beim Stoß auftretenden mechanischen Belastungen und Dehnungen wurden die Positionen der Sensoren so optimiert, dass diese auch bei kleinsten Verformungen zuverlässige Messwerte liefern. Um Material- und Fertigungstoleranzen zu berücksichtigen, wurden nach der Integration des Messsystems Kalibriermessungen unter statischer Kraftbelastung durchgeführt. Erste anwendungsnahe Tests zeigen, dass mithilfe des entwickelten Messsystems charakteristische Phasen im Verlauf der Stoßbewegung identifiziert und quantifiziert werden können. Eine Weiterentwicklung des Systems ist im laufenden Olympiazyklus vorgesehen. Perspektivisch ermöglicht die Messung der Vertikalkraft auf der Sitzfläche zudem eine Unterstützung des Schiedsgerichtes bei der Entscheidung, ob bei einem Wurf oder Stoß ein Regelverstoß durch lifting vorliegt.

Ziel der Untersuchung war es zu prüfen, inwieweit OpenCap im Vergleich zu Theia3D im Rahmen spezifischer Bewegungsanalysen der oberen Extremitäten zuverlässige Ergebnisse liefert. OpenCap bietet als Open-Source-Software eine kostengünstige und einfach zu bedienende Alternative zu den bestehenden Systemen der markerlosen Bewegungsanalyse (Theia3D). Die Validierung von OpenCap zur Analyse von Bewegungen der unteren Extremitäten ist bereits erfolgt (Ulrich et al., 2023). Im Gegensatz dazu besteht für Bewegungsanalysen der oberen Extremitäten ein weiterführender wissenschaftlicher Forschungsbedarf. Daher ergab sich die Forschungsfrage, Inwieweit die erhobenen Daten der markerlosen Bewegungsanalysen durch OpenCap und Theia3D für Bewegungen der oberen Extremitäten qualitativ vergleichbar sind?

Für eine positive Leistungsentwicklung von Sportler*innen im Kanurennsport ist eine detaillierte Analyse der Bootsdynamik und Paddeltechnik erforderlich. Der Janova PaddlePulse ist ein am Heck des Bootes angebrachter 9-Achsen-Sensor, der in Echtzeit die Schlagfrequenz, die erzeugte Leistung sowie das Rollen und Stampfen des Bootes misst. Diese Messgrößen sind entscheidend für die Optimierung des Bootslaufs, die Effizienz der Paddelbewegung und die gezielte Steuerung der Trainingsintensität. Die Messgrößen werden als Datenfeld in Garmin Sportuhren integriert. Damit erhalten Sportler*innen unmittelbar visuelles Feedback, wodurch Trainingsanpassungen in Echtzeit möglich sind.

Sowohl im Training als auch im Wettkampf ist die Positionserfassung in den Sportspielen weit verbreitet. Je nach Sportart und Anforderungen kommen dabei globale Navigationssatellitensysteme (GNSS) oder lokale Positionserfassungssysteme (LPS) zum Einsatz. Zusätzlich zu traditionellen Analyseparametern wie Laufdistanzen, Geschwindigkeitsprofilen u.v.m. haben viele Systeme das Metabolic-Power-Modell (Osgnach et al. 2024) implementiert, um den theoretischen Energiebedarf der mechanischen Laufleistung unter Berücksichtigung von Beschleunigungs- und Abbremsvorgängen abzuschätzen. Darüber hinaus versuchen neuere Ansätze, auch den Verlauf der Sauerstoffaufnahme während der Sportspiele zu simulieren. Ob und wie diese Informationen einen Mehrwert für die Sportspielanalyse bieten, soll im Rahmen des Vortrags kritisch diskutiert werden.

Figure skating has long lacked accessible, objective tools for measuring jump performance during regular training. Aiving Jump Tracker (https://aiving.ch) addresses this gap by combining inertial sensor data with proprietary algorithms to deliver real-time metrics through an intuitive web interface. Developed in close collaboration with coaches and athletes, the system supports technique analysis, load monitoring, and injury risk reduction. Already used in seven countries, it enables data-informed decision-making without disrupting on-ice practice/competitions. With its success in figure skating, Aiving Jump Tracker has a lot of potential to be adapted to other sports with complex movement patterns.

CONTEMPLAS bietet seit mehr als 20 Jahren mit der Softwareplattform TEMPLO die Möglichkeit, Videokameras, analoge und digitale Messsystem unter einer Oberfläche zu synchronisieren. Die Daten werden entweder zur späteren Analyse aufgezeichnet oder in Echtzeit als Feedback dargestellt. Am Bundesstützpunkt Oberwiesenthal hat CONTEMPLAS ein solches Feedback-Trainings-System am Messplatz „Rennrodeln“ individuell umgesetzt, indem Highspeed-Videokameras, Lichtschranken, Armzugkräfte, Bodenreaktionskräfte mit individuell angefertigten Kraftmessplatten und Schlittengeschwindigkeit mit Laser automatisiert gestartet, gemessen und auswählbare Parameter sofort nach dem Start an einem großen Bildschirm dargestellt werden. Eine Veränderung der Startperformance nach Trainingsintervention kann somit unmittelbar visualisiert und dokumentiert werden.

Die kinematische Analyse von sportlichen Bewegungen steht im Mittelpunkt von biomechanischen Bewertungen der sportlichen Technik. Die Industrie stellt hierfür eine ganze Reihe von Verfahren zur Verfügung, die sich in Bezug auf Messgenauigkeit, Anwendungskomfort (Mess- und Auswerteaufwand), Anschaffungskosten sowie hinsichtlich der Möglichkeiten zur Anwendung im Leistungssport beträchtlich unterscheiden. Im Mittelpunkt dieser Präsentation steht die Vorstellung und der Vergleich der gängigsten 3D-kinematischen Analyseverfahren, die aktuell in der sportlichen Bewegungsanalyse Anwendung finden. Ausgehend von einem kleinen historischen Exkurs in die Anfänge der biomechanischen Bewegungsanalyse auf der Basis bewegter Bilder, um 1900, soll der technische Fortschritt auf diesem Gebiet über mehrere Stationen beschrieben werden. Zum Grundverständnis wird hierfür das Verfahren zur Berechnung von Raumkoordinaten auf der Basis von Kamera-Bildkoordinaten, das Kernbestandteil aller bildbasierten Analysesysteme ist, erläutert (inklusive Grundvoraussetzungen für deren Anwendung). Im Mittelpunkt der Systembetrachtung steht neben der Zeit- und Raumauflösung die Anwendungsfreundlichkeit. Der Schwerpunkt der Betrachtungen bezieht sich auf die Nutzung moderner Verfahren, die heutzutage in den letzten Jahren die räumliche Bewegungsanalyse geradezu revolutioniert haben: IR-basierte 3D-Tracker, KI-basierte vollautomatische Trackingsysteme, Bewegungsanalyse mittels Inertialsensorik. Aufgrund der großen Bedeutung für die Bewegungsnalyse im Sport wird abschließend auch auf Probleme der KSP-Berechnung eingegangen.

Eine präzise Bewegungsanalyse kann helfen Technik und Effizienz im Leistungssport zu optimieren. Eine Form der Bewegungserfassung bieten optischen Motion-Capture Systeme. Um die Machbarkeit einer solchen Bewegungsmessung im Skilanglauf zu evaluieren, wurden Athleten während eines Leistungstests auf dem Laufband mit Marker-Clustern ausgestattet. Neben der Aufzeichnung der menschlichen Bewegung erfolgte ebenso die Erfassung der Stöcke und Roller. Durch die Übertragung der Bewegungsdaten auf ein digitales Modell von Sportler und Sportgeräten, können biomechanische Kenngrößen berechnet und eine Einteilung in Bewegungszyklen vorgenommen werden. Die darauf aufbauende Analyse kann die Ausprägungen verschiedener kinematischer Größen innerhalb dieser Bewegungsphasen darstellen. So kann die Technik der Sportler bewertet und Trainingsmaßnahmen abgeleitet werden.

Die verbreitetsten Systeme zur Analyse von schnellen Wurfbewegungen sind markerbasierte Systeme. Ein evaluiertes markerloses System würde den Aufwand erheblich verringern. Das markerlose Qualisys System wurde noch nicht anhand eines Handballschlagwurfs evaluiert. Weng et al. (2023) konnten im Vergleich eines markerlosen und markerbasierten Systems für die Ganganalyse zeigen, dass beide Systeme eine ähnliche Kinematik aufweisen und die Abweichungen im Mittel < 6°sind. Allerdings zeigte das markerlose System eine größere Variabilität und Probleme im Verfolgen der Probanden. Im Beitrag werden Ergebnisse aus einer Studie mit Handballern vorgestellt und diskutiert.

Dieser Vortrag präsentiert aktuelle technologische und wissenschaftliche Innovationen, in der Entwicklung von Markerlosen Bewegungsanalysesystemen, von allgemeinen hin zu sportartspezifischen Lösungen. Neben neuen technischen Ansätzen werden Ergebnisse aktueller Studien sowie neuste Automatisierungsfunktionen vorgestellt, welche die Auswertung von Bewegungen im Training und Wettkampf effizienter und präziser gestalten. Anhand praxisnaher Beispiele wird gezeigt, wie diese spezialisierten Systeme die sportwissenschaftliche Analyse entscheidend erleichtern und beschleunigen können.

Der Vortrag gibt einen Einblick in die Bewegungsanalyse am IAT und deren Weiterentwicklung im Snowboard Freestyle für Forschung und wissenschaftliche Unterstützung mit dem Schwerpunkt Simi Motion. Darüber hinaus werden erste Validierungsstudien unter off- und on-Snow Bedingungen vorgestellt und ein Ausblick auf zukünftige Entwicklungen gegeben.

This lecture shines a light on the use of supportive data for coaches and federation in selecting their teams for ECh, WCh and OS and the development of gymnasts by monitoring competition data.

Seit über 10 Jahren betreibt das IAT die Webplattform IDA für den deutschen Leistungssport mit weitreichenden Entwicklungen in den vergangenen Jahren. Welche Möglichkeiten bietet IDA aktuell und welche Vision für die Zukunft wird verfolgt?

Eine Webanwendung im Mess- und Informationssystem (MIS) des Skispringens ermöglicht den effizienten Wissenstransfer zwischen Trainer*innen und Sportler*innen. Die Technologie einer Webanwendung beschleunigt damit den Informationsaustausch und sorgt für eine zeitnahe Rückmeldung. Durch die umfassende Integration von Daten aus Dynamometrie, Videoanalyse und Kinemetrie wird eine komplexe Bewegungsanalyse des Skisprungs ermöglicht. Außerdem unterstützen detaillierte Längsschnitt- als auch Querschnittanalysen die Bewertung langfristiger Entwicklungen und aktueller Leistungen. Dies kann die Trainingssteuerung qualifizieren und dabei helfen die Leistung der Skispringer*innen zu optimieren. Die Webanwendung ist die zentrale Plattform für den Zugriff auf diverse sportwissenschaftliche Daten im Skisprung.

Airtime ist ein wichtiger Parameter für komplexe Tricks im Snowboard Freestyle. Um die relevanten Events Takeoff und Landung zeitlich möglichst genau bestimmen zu können, wurde aufbauend auf synchronisierten IMU-Daten mithilfe eines 1D U-Net Convolutional Neural Network ein Modell zur präzisen Eventdetektion entwickelt und umfassend evaluiert. Die Leistungsfähigkeit des KI-gestützten Verfahrens übertrifft dabei klassische Grenzwertmethoden deutlich – sowohl bei neuen Bewegungsdaten als auch bei bislang unbekannten Athleten. Die Ergebnisse eröffnen neue Möglichkeiten für eine präzise, zeiteffiziente Datenanalyse und können die Grundlage für die Entwicklung eines Feedbacksystems in der noch relativ unerforschten jungen Sportart bieten.

Cheerleading hat sich zu einem professionellen Wettkampfsport entwickelt, dessen Popularität weltweit stetig wächst. Die Bewertung von Tumbling-Elementen im Cheerleading stützt sich sowohl auf objektive Messungen als auch auf subjektive Beurteilungen durch Kampfrichter. Die vorliegende Studie untersucht die Möglichkeit, mithilfe Künstlicher Intelligenz (KI), angewandt auf die Messwerte eines einzelnen Inertialsensors (IMU), verschiedene Tumbling-Elemente in Standard-Cheerleading-Routinen präzise zu identifizieren und objektiv zu bewerten. Eine Kohorte von 16 Athleten (13 Frauen, 3 Männer) aus einem College-Cheerleading-Team der US-amerikanischen Division I trug hierzu einen einzelnen IMU im lumbosakralen Bereich während ihrer vierwöchigen Vorbereitungsphase der Saison 2025, und es wurden insgesamt 1.102 Tumbling-Elemente während der regulären Trainingseinheiten aufgezeichnet. Unsere Ergebnisse zeigen, dass spezifische Algorithmen des maschinellen Lernens unterschiedliche Tumbling-Elemente trotz teils erheblicher interindividueller Variabilität effektiv und mit hoher Genauigkeit identifizieren können. Unsere Studie belegt somit das enorme Potenzial, das die Integration KI-gestützter Bewertungen in den Cheerleading-Sport und weitere akrobatische Sportarten besitzt, um zukünftig objektive Kriterien zur Ergänzung traditioneller Bewertungsmethoden zu liefern.