BREATHFIT
Analyse der Ausatemluft zur Bestimmung der körperlichen und mentalen Einsatzbereitschaft von Soldaten
BREATHFIT ist ein tragbares Atemanalyse-System, das hilft, die körperliche und mentale Einsatzbereitschaft von Soldaten zu überwachen. In Zusammenarbeit mit VITO und dem Königliches Höheres Institut für Verteidigung entwickelte Voxdale einen feldtauglichen Prototyp, der die Labor-Atemprobenahme in ein praktisches, nichtinvasives Werkzeug für Verteidigung und darüber hinaus verwandelt.
Die Herausforderung
Die Überwachung der körperlichen und geistigen Einsatzbereitschaft im militärischen Umfeld bleibt eine große Herausforderung. Die Entnahme biologischer Proben wie Blut oder Speichel ist teuer, invasiv und erfordert medizinisches Fachwissen – regelmäßige, zeitnahe Beurteilungen sind daher kaum möglich.
Während intensiver Trainingsphasen sind Rekrut:innen plötzlich stark erhöhten körperlichen Anforderungen und verkürzten Erholungszeiten ausgesetzt. Dies kann zu Ermüdung, Übertraining und einem erhöhten Risiko für Muskel- und Gelenkverletzungen führen.
Medizinische Teams verlassen sich bislang vor allem auf Beobachtungen und Selbstauskünfte, objektive Tools zur schnellen Beurteilung einer Einheit fehlen. BREATHFIT ändert das – indem es etwas so Einfaches wie den Atem in wertvolle Gesundheitsdaten verwandelt.
Der Ansatz
Im Rahmen des belgischen DEFRA-Programms (Defence-related Research Action) arbeiteten VITO, Voxdale und das Königliches Höheres Institut für Verteidigung zusammen, um eine tragbare, nicht-invasive Lösung für die kontinuierliche Gesundheitsüberwachung im Einsatz zu entwickeln.
Die Aufgabe von Voxdale bestand darin, Laborkonzepte zur Atemprobennahme in einen robusten, felderprobten Prototypen zu überführen. Das bedeutete: Entwicklung eines Systems mit Dichtheit, VOC-Stabilität und reproduzierbarer Probenahme – benutzerfreundlich und einsatzbereit.
Unser Beitrag umfasste:
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Mechanische Konstruktion und Systemintegration der Probeneinheit
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Entwicklung eines auslaufsicheren Behälters und iterative Tests zur VOC-Stabilität
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Prototyping und Feldvalidierung parallel zu bestehenden Referenzsammlern (BioVOC-2)
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Design for Manufacturability (DfM) zur Vorbereitung einer breiteren Einführung
Die Zusammenarbeit zwischen Ingenieuren, Wissenschaftlern und Verteidigungsfachleuten ermöglichte schnelle Feedbackschleifen zwischen Laborerkenntnissen und Praxistests.
Die Lösung
BREATHFIT ist ein tragbares Atemanalyse-System, das die Probenahme standardisiert, ausgeatmete Luft analysiert und mithilfe eines Klassifikationsalgorithmus frühzeitig Anzeichen verminderter Einsatzbereitschaft erkennt.
Das modulare System erlaubt zukünftige Anpassungen für weitere Gesundheitsanwendungen – vom Übertrainings-Monitoring bis hin zu breiteren biomarkerbasierten Analysen.
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Benutzerfreundliches Probenahmedesign für zuverlässige und wiederholbare Atemproben.
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Optimierung der VOC-Stabilität, um präzise Messungen während zweistündiger Feldeinsätze zu gewährleisten.
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Parallele Validierung mit BioVOC-2-Referenzprobenahmen liefert Vergleichsdaten zu den Konzentrationen wichtiger Verbindungen wie Aceton und Isopren.
Maschinelles Lernen kombiniert Atemdaten mit Herzfrequenz und psychologischen Fragebögen, um Muster im Zusammenhang mit Müdigkeit, Vitalität und Stimmungsschwankungen zu erkennen.
Die Wirkung
Die neuesten feldstudien am Königlichen Militärinstitut für Leibeserziehung und Sport und am Militärkrankenhaus Königin Astrid zeigen vielversprechende Ergebnisse. Atemproben nach VO₂max-Tests offenbaren deutliche zeitliche Veränderungen der metabolischen Signaturen – erhöhte VOC-Signale unmittelbar und eine Stunde nach Belastung, gefolgt von einer Erholungsphase.
Frühe Analysen zeigen Korrelationen zwischen atembezogenen Hauptkomponenten und selbstberichteter Ermüdung sowie Leistungsabfall, was bestätigt, dass ausgeatmete Luft die physiologische Belastung und Erholung widerspiegelt.
Für die Verteidigung bietet BREATHFIT:
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Schnelles, nicht-invasives Screening, um Personen mit Risiko für Übertraining oder Verletzungen zu identifizieren
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Objektive Einblicke, um medizinische Teams zu unterstützen und Trainingsprogramme zu optimieren
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Einen Weg zu skalierbaren, fernüberwachten Gesundheitslösungen
Über die Verteidigung hinaus eröffnet die modulare Technologie neue Einsatzfelder im Sport, in der Arbeitsmedizin und in der Präventionsgesundheit.
Partner
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VITO – Wissenschaftliche Leitung: Atemanalyse, VOC-Erkennung, Datenmodellierung
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Königliches Höheres Institut für Verteidigung – Klinische Validierung und Feldstudienkoordination
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Voxdale – Produktdesign, Prototyping, Maschinenbau, DfM und Verwertungsstrategie
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