Wie entstehen flüssige Bewegungen auf dem Skateboard? Und was passiert dabei mit Muskeln und Gelenken? Im Workshop „KI und Biomechanik im Skatepark“ des TAO-Schülerforschungszentrums gingen Schülerinnen und Schüler diesen Fragen gemeinsam mit Prof. Michael Zöllner von der Hochschule Hof auf den Grund – mit wissenschaftlichen Experimenten und praktischen Übungen im Hofer Skatepark. Dabei erlebten sie, wie Künstliche Intelligenz und moderne Sensortechnik helfen, menschliche Bewegungen zu analysieren.
Bild: Hochschule Hof;
Gemeinsam mit wissenschaftlichen Mitarbeitern der Forschungsgruppe Interactive & Data Driven Systems lernten die Schülerinnen und Schüler die wissenschaftlichen Grundlagen der Skateboard-Biomechanik kennen. Wie wirken sich Gewichtsverlagerungen auf die Bewegung aus? Wie lässt sich im Pumptrack Geschwindigkeit aufbauen, ohne anzuschieben? Und welche Rolle spielen KI und Sensortechnik bei der Analyse solcher Bewegungsabläufe?
Im Skatepark wurden physikalische Grundlagen aus dem Unterricht unmittelbar erlebbar. Die Schülerinnen und Schüler untersuchten am Skateboard, wie Prinzipien wie die schiefe Ebene, Beschleunigung und Reibung wirken und wie sie sich beim Fahren durch einen Pumptrack beobachten lassen.
Auch die Grundlagen der digitalen Bildverarbeitung standen auf dem Programm: Anhand einer Kamerakalibrierung mit Schachbrettmuster, rotem Faden, Winkel und Dreisatz lernten die Jugendlichen, wie eine Kamera ihre Umgebung erfasst und wie ein Computer die Größe und Position von Objekten im Bild bestimmen kann.
Wie Künstliche Intelligenz Bewegungen sichtbar macht
Im nächsten Schritt konnten die Schülerinnen und Schüler erleben, wie solche Methoden in der Forschung eingesetzt werden. Gemeinsam mit Johannes Garbarek, Trainer der Skater im Skatepark Hof, und seiner Jugendgruppe führten sie eine Studie zur Bewegungsanalyse auf dem Pumptrack durch. Dazu wurde eine festgelegte Strecke mit einer Kamera gefilmt. Eine Gruppe von Skaterinnen und Skatern durchfuhr den Abschnitt mehrfach – mit unterschiedlichen Skateboards, deren Rollen verschiedene Rollwiderstände aufwiesen. So ließen sich unterschiedliche Bedingungen für die Bewegungsanalyse vergleichen.
Anschließend wertete eine KI-gestützte Software zur menschlichen Posenschätzung, die sogenannte Human Pose Estimation, das Videomaterial aus. Sie erkannte die Körperpositionen und stellte die Bewegungen als digitales Skelett dar, das über das Videobild gelegt wurde. Auf dieser Grundlage konnten die Forschenden die Geschwindigkeit der Skater berechnen und untersuchen, wie sie mit der Beugung und Streckung der Beine zusammenhängt.
Die Ergebnisse wurden direkt vor Ort auf einem Notebook visualisiert. So konnten die Jugendlichen nachvollziehen, wie aus Videoaufnahmen wissenschaftlich auswertbare Daten entstehen und wie Künstliche Intelligenz dabei hilft, Bewegungsabläufe genauer zu verstehen.
Forschung zum Ausprobieren – und selbst aufs Board
Nach dem wissenschaftlichen Teil blieb Zeit, das Gelernte selbst auf dem Skateboard auszuprobieren und zu vertiefen. Bei sonnigem, spätherbstlichem Wetter konnten die Schülerinnen und Schüler den Hofer Skatepark nutzen und ihre Erfahrungen aus dem Workshop direkt in die Praxis übertragen.
Die Forschungsgruppe Interactive & Data Driven Systems wertet die erhobenen Daten derzeit weiter aus. Die Ergebnisse sollen im kommenden Jahr in einer wissenschaftlichen Publikation veröffentlicht werden. Damit verbindet der Workshop anschauliche Wissensvermittlung mit aktueller Forschung an der Hochschule Hof.
Lernen an realen Fragestellungen
Für Prof. Michael Zöllner ist der Praxisbezug entscheidend, um wissenschaftliche Zusammenhänge verständlich zu machen:
„Mir selbst hat es in der Schule und im Studium immer sehr geholfen, anhand realer Problemstellungen zu lernen und zu verstehen. Die Konzentration meiner Forschung zur Biomechanik auf das Skaten und Surfen folgt diesem Prinzip. Das macht ein MINT-Studium an einer Hochschule für angewandte Wissenschaften meiner Meinung nach so attraktiv.“
Prof. Michael Zöllner
