编辑推荐：
一种新的智能鞋垫系统可以实时监控人们的行走方式，帮助用户改善姿势，并为足底筋膜炎和帕金森病等疾病提供早期预警。
一种新的智能鞋垫系统可以实时监测人们的行走方式，帮助用户改善姿势，并为足底筋膜炎和帕金森病等疾病提供早期预警。
该系统由22个小型压力传感器组成，由鞋面上的小型太阳能电池板提供燃料，根据一个人的行走方式提供实时健康跟踪，这是一个像人类指纹一样独特的生物力学过程。
该研究的合著者、俄亥俄州立大学材料科学与工程助理教授Jinghua Li说，这些复杂的个人健康数据可以通过蓝牙传输到智能手机上，以便进行快速详细的分析。
“我们的身体携带着许多我们甚至没有意识到的有用信息，”Jinghua Li说。“这些状态也会随着时间的推移而改变，所以我们的目标是使用电子设备提取和解码这些信号，以鼓励更好的自我保健检查。”
据估计，至少有7%的美国人患有行走困难，包括走路、跑步或爬楼梯。虽然近年来制造可穿戴的鞋垫压力系统的努力越来越受欢迎，但许多先前的原型都遇到了低能量限制和不稳定的性能。
Jinghua Li说，为了克服前人的挑战，该研究的主要作者、俄亥俄州立大学材料科学与工程专业的博士生Qi Wang和Jinghua Li博士试图确保他们的可穿戴设备耐用，在收集和分析数据时具有高度的精度，并能提供一致和可靠的电力。
她说：“我们的设备在高分辨率、空间传感、自供电能力以及与机器学习算法相结合的能力方面都是创新的。”“所以我们觉得这项研究可以在这个领域的开创性成功的基础上走得更远。”
这项研究最近发表在《科学进展》杂志上。
通过使用人工智能，这支球队的系统也变得独一无二。使用先进的机器学习模型，可穿戴设备可以识别八种不同的运动状态，包括坐姿和站立等静态运动，以及跑步和蹲坐等动态运动。
此外，由于制作鞋垫的材料是灵活和安全的，因此该设备很像智能手表，可以低风险和安全地连续使用。例如，在太阳能电池将阳光转化为能量后，这些能量被储存在微小的锂电池中，这些电池不会伤害用户或影响日常活动。
由于传感器从脚趾到脚后跟的分布，研究人员可以看到在走路和跑步等活动中，脚部部分的压力是如何不同的。
行走时，压力从脚后跟依次施加到脚趾，而跑步时，几乎所有的传感器同时承受压力。此外，在步行过程中，压力施加时间约占总时间的一半，而在跑步过程中，它仅占四分之一左右。
在医疗保健领域，智能鞋垫可以支持步态分析，以检测与足压力相关的疾病（如糖尿病足溃疡）、肌肉骨骼疾病（如足底筋膜炎）和神经系统疾病（如帕金森病）相关的早期异常。
新系统还使用机器学习来学习和分类不同类型的运动。这为个性化健康管理提供了机会，包括实时姿势矫正、伤害预防和康复监测。研究人员说，定制健身训练也可能是未来的用途。
根据研究，这些智能鞋垫在经过18万次压缩和减压循环后，性能没有明显下降，显示出它们的长期耐用性。
他说：“这种界面很灵活，而且很薄，所以即使在反复变形的情况下，它也能保持功能。”“软件和硬件的结合意味着它没有那么有限。”
研究人员预计，这项技术可能会在未来三到五年内投入商业应用。下一步的工作将旨在提高系统的手势识别能力，据李说，这可能有助于在更多样化的人群中进行进一步的测试。
“个体之间有很多差异，所以在不同人群中展示和训练这些神奇的能力是我们需要进一步关注的事情，”李说。
A Wireless, Self-Powered Smart Insole for Gait Monitoring and Recognition via Nonlinear Synergistic Pressure Sensing
生物通微信公众号
生物通 版权所有
