Работа, опубликованная в январском выпуске журнала IEEE Transactions on Neural Systems and Rehabilitation Engineering, за январь 2020 г., может принести пользу клиническим исследователям, поскольку предоставит новый способ точного измерения функции ходьбы у пациентов с двигательными нарушениями или травмами опорно-двигательного аппарата в их жизненной среде. Технология также может привести к значительному прогрессу для спортсменов, помогая им улучшить свою технику бега.
«С практической точки зрения это бесценно», – сказал Дамиано Занотто, ведущий автор и директор лаборатории носимых робототехнических систем Стивенса. "Теперь мы можем точно анализировать походку человека в реальном времени в реальных условиях."
Один шаг может показаться простым, но сбор достоверной информации о походке человека в реальных условиях остается серьезной проблемой для исследователей. Стандартные технологии анализа походки, такие как системы захвата движения на основе камер и силовые пластины, дороги и могут использоваться только в лабораториях, поэтому они не дают представления о том, как люди ходят в реальном мире. Новые носимые технологии, такие как умная обувь, стельки и стельки, потенциально могут преодолеть это ограничение, но существующие продукты не могут предоставить точные данные о походке.
В своей работе Занотто и его команда показывают, что их умная стелька может передавать в реальном времени данные о длине, скорости и мощности шага пользователя с большей точностью, чем существующие технологии ношения на ногах, – и за небольшую часть стоимости традиционное лабораторное оборудование. (Занотто и его команда ищут два патента на SportSole, и несколько компаний и профессиональных спортивных компаний внимательно следят за работой команды.)
В технологии команды SportSole используются акселерометры и гироскопы для отслеживания собственного движения и ориентации в пространстве, а также ряд датчиков силы для определения подошвенного давления, что позволяет снимать 500 показаний в секунду – это примерно пятикратное улучшение по сравнению с умными шагомерами и другими носимыми походками. -Инструменты для анализа.
Однако настоящая магия происходит за пределами обуви. Носимые датчики движения по своей природе шумят. Чтобы преодолеть эту проблему, Занотто преобразует эти 500 измерений в секунду до нескольких ключевых функций, а затем передает результаты в алгоритм ИИ, способный быстро извлекать параметры походки с точностью до пары процентных пунктов.
Это большое улучшение по сравнению с другими инструментами анализа походки ИИ, которые требуют больших вычислительных ресурсов и требуют записи данных для последующего анализа. Система Стивенса намного более эффективна, что позволяет встроить ее в микроконтроллер, способный проводить анализ походки в реальном времени.
Он также работает независимо от того, идет ли пользователь или бегает, и генерирует точные результаты, не требуя калибровки или настройки для отдельных пользователей. Предварительные испытания показывают, что SportSole работает даже с детьми в возрасте от трех лет и пожилыми людьми с вестибулярными нарушениями, походка которых сильно отличается от походки здоровых взрослых.
Такая постоянная точность впечатляет, потому что большинство исследователей походки используют высокопроизводительные датчики стоимостью 1000 долларов и более, чтобы уменьшить количество ошибок. Напротив, Занотто и его команда использовали стандартные датчики стоимостью около 100 долларов, полагаясь на ИИ для извлечения надежных данных. «Мы достигаем тех же или лучших результатов при гораздо более низких затратах, и это очень важно, когда дело доходит до масштабирования этой технологии», – сказал Занотто.
Однако на данный момент команда сосредоточена на тестировании SportSole для клинического использования. Ненавязчивый носимый монитор походки может помочь исследователям оптимизировать лечение людей с двигательными расстройствами, позволить удаленный мониторинг уязвимых групп населения или предложить важную информацию о безопасности и эффективности новых методов лечения, которые могут повлиять на походку и равновесие.