Smarta textilier och erfarenheter från flygindustrin utvecklar ridsporten. Hästarnas hälsa är i fokus för sportteknologiforskningen på Chalmers och Göteborgs universitet.

Hästsport är en av Sveriges största idrotter. Ny tvärvetenskaplig forskning om hästsport och hästar startade år 2012 vid Chalmers och Göteborgs universitet (GU). Huvudsyftet är att verka för hästens välfärd och ett stort antal projekt är igång. Världsfederationen för hästsport (FEI) har som mål att hästens ska vara en ”Happy Athlete”. Trots detta skadas och dör hästar i sportsammanhang, vilket leder till kritik av sporten.

Ett exempel är tävlingsgrenen distansritt som länge varit extra uppmärksammad i medierna efter dopingskandaler och hästar som far illa och till och med dör. Ett behov finns därför av övervakning av hästarnas hälsa av etiska skäl, men bättre kunskap om träningens effekter kan också leda till bättre prestationer.

Den forskning vid Göteborgs universitet och Chalmers som har kommit längst hittills handlar om att hitta defekter i hovar via studier av värmeledning och värmediffusion och att mäta EKG, puls och andning med hjälp av så kallade smarta textilier.

Upptäcker hovskador

”Utan hov – ingen häst” är ett gammalt talesätt. Hovar kan drabbas av en mängd problem, till exempel sprickor och bölder. Dessa skador kan vara extremt smärtsamma för hästen, och dessutom leda till långa konvalescenser. Många ryttare har endast en häst på elitnivå, och en hovskada kan innebära flera månaders, eller i värsta fall ett års, frånvaro från tävlingsbanan.

Det kan vara svårt för en veterinär eller hovslagare att veta exakt var skadan sitter och omfattningen på den. Den yttersta delen av hoven är en kapsel och motsvarar till viss del en nagel på en människa. Hovkapseln är cirka en centimeter tjock, och den växer likt en nagel uppifrån och ned med knappt en centimeter i månaden. Det tar något mindre än ett år för en hel hovkapsel att växa ut.

Vi samarbetar med ett företag som har utvecklat en sensor som kan avgöra om material är homogena eller ej, baserat på hur värme leds och sprids i materialet. Metoden har en ISO-standard, är väl beprövad och har till exempel använts för att undersöka flygplansbromsar.

Hösten 2013 inleddes försök för att se om metoden fungerade på hästhovar. Hittills har tester framför allt gjorts på hovar från döda hästar. Skillnaden mot hovar på levande hästar är att vattenhalten och bruset i mätningarna är lägre. Tester utförs också på 3D-printade hovar. Kortfattat fungerar metoden så här:

1. Sensorn bringas i kontakt med hovkapseln.
2. En värmepuls som höjer temperaturen med 1-2 grader skickas in i hovkapseln.
3. Sensorn analyserar hur pulsen leds och sprids.

Till viss del påminner metoden om en radar som skickar ut en signal, och om det finns ett hinder (en defekt i kapseln) får man en reflektion. Mätningarna är lovande och tester utförs just nu för att se vilka sensorer som krävs för att hitta defekter av olika storlekar. Undersökningar görs också av hovars termiska egenskaper. En patentansökan är inskickad i juni 2015, och en första publikation är på gång.

Två nya projekt kan kopplas till detta. Det ena är att med hjälp av adaptiv teknik kunna tillverka delar som passar exakt i det område av hovkapseln som behöver skäras bort vid en skada. Det andra är försök att odla den vävnad som fäster på insidan av hovkapseln.

Alla delar av detta projekt syftar främst till att kunna minska konvalescenstiden för hästar, och därmed snabbare kunna få sporthästar i träning och tävling igen. En annan aspekt är mer förebyggande och handlar om möjligheten att kunna avgöra hur nära gränsen för problem i hovarna man är vid en viss typ av träning.

EKG med smarta textilier

Andning, puls och EKG är viktiga indikatorer på hästens hälsa, och mätning av dessa kan även vara av stort värde för att övervaka träning. Effekten av olika träningsmetoder kan på detta sätt bedömas. Träning på elitsportsnivå inom de flesta sporter ligger ofta på gränsen till vad den tävlande individen klarar. Misstag på denna nivå kan därför få mycket värre konsekvenser än ett misstag i träning på lägre nivå. Hästen kan till skillnad från mänskliga atleter inte föra sin egen talan, och en objektiv bedömning av hälsotillståndet ökar säkerheten för djuret.

De problem som finns med existerande utrustning är att vissa mätmetoder kräver hudkontakt och att sensorer glider då hästen blir svettig. Normalt sett kräver mätning av hästars EKG hudkontakt, och det kan man få genom att antingen raka hästen, använda en gel eller en klämma. Vildhästar är bytesdjur och det gör att flyktinstinkten är stark hos dem. Hästar är därför lättstressade, och kan reagera våldsamt på saker de uppfattar som fara. För en häst kan fara mycket väl vara utrustningen på en veterinärstation. Genom miniatyriseringen av elektronik kan man nu bygga sensorer som kan vävas till tyger. Dessa kallas smarta textilier, och kan till exempel mäta och reagera på temperatur, tryck, töjning och fukt.

Tanken bakom detta projekt är att integrera smarta textilier i vanlig hästsportsutrustning och kunna mäta på hästen utan att den märker det. Själva tyget är en sensor, och om den finns i en gjord som man spänner runt hästens buk, eller en vojlock (en filt under sadeln) är det utrustning som hästen är tränad att känna igen. Det är både bra för hästarnas välfärd, eftersom de slipper bli stressade, och bör ge bättre mätdata.

Vi har konstruerat prototyper som kan mäta hästens andning, puls och EKG. En av prototyperna baserad på smarta textilier kan plocka upp EKG genom hästens päls och kräver inte hudkontakt. Just nu pågår arbetet med att göra utrustningen trådlös. Preliminära resultat finns publicerade.¹

Rörelseanalyser

Genom att fotografera hästar i rörelse avgjorde den engelske fotografen Eadweard Muybridge år 1872 en debatt om huruvida hästens alla hovar någonsin lämnade marken samtidigt när hästen galopperade. Hans bilder visade att det faktiskt fanns ett svävmoment då ingen hov var i marken. Sedan dess har analyser av hästars rörelser varit ett stort forskningsområde och svenska veterinärer är framstående. Syftet med studierna kan till exempel vara att avgöra om en häst har en rörelsestörning eller att bättre förstå hur en rörelse går till.

Kameror och markörer används inom flera olika sporter för rörelseanalyser. Vid Sveriges lantbruksuniversitet (SLU) som vi samarbetar med finns en hel korridor med kameror uppsatta som stöd till veterinären som utreder en halt häst. I en och samma gångart kan en häst ridas i olika tempon. Gångarten trav kan till exempel ridas i ökad trav, mellantrav, arbetstrav, samlad trav, passage och piaff. I piaff travar hästen på stället. Studier av hur hästen rör sig kan hjälpa till att förstå hur hästen arbetar och hur den belastar olika delar vid olika typer av tempon. Förhoppningsvis leder detta till kunskap om vilka sätt att rida hästen som stärker olika muskelgrupper och utvecklar hästens gångarter. Inom dressyr råder till exempel en intensiv debatt om hur hästens huvudposition påverkar hästens välbefinnande, hållbarhet och rörelsemönster.

Det är både bra för hästarnas välfärd, eftersom de slipper bli stressade, och bör ge bättre mätdata.

Inledande studier har gjorts där rörelsen av punkter på hästen följs för att avgöra hur periodiska de är. En periodisk rörelse upprepar sig alltid exakt, som till exempel en pendel. Många förlopp i naturen är nästan periodiska, men inte helt. Hästens rörelse är inte helt periodisk, men gränsar till det. I dressyr är en av bedömningsgrupperna hästens takt.

Inom fysiken finns stor kunskap om hur periodiska förlopp kan analyseras, och även om hästens rörelser inte är exakt periodiska kan etablerade analysmetoder antagligen användas. Jag som är astrofysiker har tidigare studerat hur stjärnor rör sig i galaxer, och där kan man finna både periodiska och kaotiska rörelser. Oväntat nog kan antagligen liknande analyser som används för studier av stjärnors rörelser tillämpas på hästars rörelser!

Viktigt med samarbeten

Forskningens tvärvetenskapliga karaktär gör att nya samarbeten har bildats. Hästforskningen i Sverige inom veterinärmedicin och etologi är stark och internationellt framgångsrik. Roligt nog har inriktningen från fysik och teknologi som bedrivs i Göteborg välkomnats som ett intressant och viktigt komplement. Inom hästsportsatsningen är kontakterna från Chalmers och Göteborgs universitet täta med till exempel Sveriges lantbruksuniversitet (SLU) och Textilhögskolan i Borås i Sverige.

Internationellt finns det samarbete med universitet och organisationer såsom the University of Sydney och världsfederationen för ridsport, FEI. Samarbeten med ryttare, hästnäringen och andra företag är också av största vikt.

I nästan alla projekt erbjuds studenter att delta. Det finns möjligheter att göra kandidat- eller mastersarbeten samt att läsa enstaka kurser med inriktning mot sportteknologi eller hästsport vid både Göteborgs universitet och Chalmers.

Detta är extra roligt då universiteten tillsammans har blivit utsedda till Riksidrottsuniversitet våren 2015. Redan nu har några av studenternas arbeten blivit uppmärksammade och vunnit prestigefyllda priser för bästa entreprenörskap och liknande. Sportteknologi lämpar sig utmärkt till tvärvetenskapliga projekt, och förhoppningar finns om att skapa gemensamma projekt med till exempel studenter i veterinärmedicin eller hippologer.

Hästsportprojektet leds av mig och Magnus Karlsteen. Ny och spännande forskning är alltså på gång, och alla som vill är hjärtligt välkomna att höra av sig med frågeställningar eller kanske som framtida medarbetare inom hästsport eller annan idrott!