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史蒂文斯理工学院的研究人员已开发出一种由AI驱动的智能鞋垫

这项工作发表在2020年1月的《IEEE Transactions关于神经系统和康复工程的交易》上,通过提供一种新方法来精确测量运动障碍或肌肉骨骼损伤患者在其生活环境中的步行功能,可以使临床研究人员受益。通过帮助运动员改善跑步技术,该技术还可以为运动员带来重大进步。

史蒂文斯可穿戴机器人系统实验室的首席作者兼主任达米亚诺·扎诺托(Damiano Zanotto)说:“从实际的角度来看,这是无价的。”“我们现在能够在现实环境中实时准确地分析一个人的步态。”

迈出第一步似乎很简单,但是在现实环境中获取有关人的步态的可靠信息仍然是研究人员面临的主要挑战。黄金标准的步态分析技术(例如基于摄像头的运动捕捉系统和测力板)价格昂贵,并且只能在实验室内部使用,因此对于人们在现实世界中的行走方式几乎一无所知。诸如智能鞋,吊舱和鞋垫之类的新兴可穿戴技术可以克服这一限制,但是现有产品无法提供准确的步态数据。

Zanotto和他的团队在他们的工作中表明,他们的智能鞋垫可以提供有关穿着者步幅的长度,速度和力量的实时数据,其准确性要比现有的脚踩式技术更高,并且成本仅为传统技术的一小部分。实验室设备。(Zanotto和他的团队正在寻求与SportSole相关的两项专利,并且几家公司和专业体育特许经营权正在密切关注该团队的工作。)

该团队的SportSole技术使用加速度计和陀螺仪来监控自己在太空中的运动和方向,并使用一系列力传感器来检测足底压力,使其每秒可以捕获500个读数,这比智能计步器和其他可穿戴步态提高了约五倍。分析工具。

然而,真正的魔力发生在鞋子外面。可穿戴式运动传感器本身具有噪声。为了克服这一挑战,Zanotto每秒将这500次测量减速至几个关键特征,然后将结果输入AI算法中,该算法能够快速提取精确到几个百分点的步态参数。

与其他AI步态分析工具相比,这是一个很大的改进,后者需要大量计算,并且需要记录数据以便以后进行分析。史蒂文斯系统效率更高,可将其烘焙到能够进行实时步态分析的微控制器中。

无论佩戴者是走路还是跑步,它都可以工作,并且可以生成准确的结果,而无需为单个用户进行校准或定制。初步测试表明,SportSole甚至适用于3岁以下的儿童和前庭疾病的老年人,其步态模式与健康成年人的步态非常不同。

这种一致的精度令人印象深刻,因为大多数步态研究人员都使用价格在1,000美元或以上的高端传感器来减少错误。相比之下,Zanotto和他的团队使用价格约为100美元的现成传感器,依靠AI来提取可靠数据。Zanotto说:“我们正在以更低的成本获得相同或更好的结果,而在扩展该技术方面,这是很大的事情。”

不过,目前为止,该团队专注于对SportSole进行临床测试。一个不显眼,可穿戴的步态监测器可以帮助研究人员为运动障碍患者优化治疗方法,允许对弱势人群进行远程监测,或者对可能影响步态和平衡的新疗法的安全性和有效性提供重要见解。

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