Datenverarbeitung, Kommunikation und Systemintegration

Datenverarbeitung

In der Verarbeitung von direkt am Körper abgeleiteten Sensordaten bieten sich nach der grundständigen Filterung und Vorverarbeitung der Rohdaten mehrere Möglichkeiten an, Vitalparameter daraus zu gewinnen. In diesem Projektabschnitt wird untersucht, ob die abgeleiteten Primärdaten direkt am Sensor (Edge Computing) oder nach der Datenübertragung auf einen Server verarbeitet werden sollen, um eine KI-gestützte Auswertung von heterogenen Sensordaten effizient durchzuführen.

Das Ziel ist es, ein (möglicherweise durch spezielle Hardware unterstütztes) Datenverarbeitungsverfahren zur Bestimmung von Vitalparametern zu entwickeln und ggf. zu erproben. Hierbei sollen neben Methoden der KI Konzepte der Selbstüberwachung und Redundanz – auch bei Ausfall einzelner Sensoren – stets ein sicheres Verhalten garantieren. Als Beispiel könnte in Hinblick auf zukünftige Anwendungen im Projekt Santrain eine exemplarische Anordnung zur Bestimmung der Parameter der äußeren Atmung (Respiration) bei gleichzeitiger Ermittlung der Blutsauerstoffsättigung, dienen. Dieser Demonstrator würde durch unabhängige Messung nachprüfbar die Genauigkeit und Zuverlässigkeit einer nicht-invasiven Ableitung der Signale von der Hautoberfläche (kutan), aber zum Besipiel ohne einen einengenden Brustgurt ermöglichen. Damit könnten beispielhaft alle grundlegenden zur Datenverarbeitung notwendigen Module zur Ermittlung von Vitalparametern entwickelt und demonstriert werden.

Kommunikation

Zur drahtgebundenen oder drahtlosen Anbindung von Sensorknoten am Probanden mit einem zentralen Server, auf dem die Gewinnung der Vitalparameter mittels KI-gestützter Methoden stattfindet, ist eine gesicherte Datenübertragung erforderlich. Aufgrund des notwendigen geringen Stromverbrauchs von tragbaren Sensorknoten erscheint es für diese Anwendungsdomäne wahrscheinlich, dass eine Vorverarbeitung der Daten im Sensorknoten stattfinden wird, da die Übertragung sämtlicher Messdaten prohibitiv für die Leistungsaufnahme eines einzelnen Sensors oder einer größeren Sensoranordnung ist. Für die Arbeiten in diesem Projektabschnitt wird auf etablierte Funkübertragungsstandards (Bluetooth LE, ZigBee, ISM Transceiver) aufgebaut, da diese die notwendigen Anforderungen in Bezug auf Bandbreite, Latenzzeiten und Leistungsverbrauch erfüllen.

Das Ziel dieses Projektabschnitts ist es, eine ausreichend leistungsfähige und den Sicherheitsanforderungen (Safety and Security) entsprechende Kommunikation zur Verbindung von Sensorknoten am Probanden zum räumlich getrennten Server bereitzustellen. Für erste Proof-of-Concept Demonstratoren wird alternativ auf eine drahtgebundene Übertragung zurückgegriffen. Weiterhin soll mit einem Demonstrator gezeigt werden, dass es möglich ist, Rohdaten und vorverarbeitete Daten mehrerer Sensoren abgesichert und mit ausreichender Geschwindigkeit an einen Server-Rechner über die Luftschnittstelle zu transferieren.

Systemintegration

In diesem Projektabschnitt geht es um den Systemaufbau und Datentransfer: Die Integration der Sensorkomponenten zu Gesamtsystemen erfolgt unter Berücksichtigung der Anforderungsprofile, die gemeinsam mit den Anwendungspartnern erarbeitet wurden. Nun erfolgt die Zusammenführung der Sensorkomponenten, Datenverarbeitung, Kommunikationsschnittstelle in miniaturisierten mobilen Setups. In weiteren Schritten werden Demonstratoren für die mobile Einsatzfähigkeit der Systeme und die Bereitstellung relevanter Informationen durch Multiparameteranalyse und KI-basierte Datenverarbeitung integriert. Die Demonstratoren sollen in realitätsnahen Szenarien untersucht und getestet werden, dafür werden die genannten Anwendungspartner einbezogen.

Logo des dtec.bw, daneben die Europa-Flagge mit dem Schriftzug "Finanziert von der Europäischen Union – NextGenerationEU"

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