Инновационная технология имеет ряд применений, от оказания помощи в реабилитации пострадавших пациентов до оказания помощи спортсменам добиться пиковой эффективности и предотвратить травмы. Когда вы идете, бегаете или прыгаете, ваша нога толкает землю, а земля отталкивается с равным силой в противоположном направлении. Это GRF. Они имеют решающее значение, потому что они влияют на то, как наши тела движутся и реагируют во время физической активности.
Ученые из Университета Портсмута в Великобритании объединились с технологической компанией TG0 для разработки интеллектуальных стельки, которые точно и более естественно измеряют GRF в трех измерениях. Эти стельки обеспечивают реальный анализ движения, который полезен для спортивной науки, реабилитации и предотвращения травм.
«Мы хотели создать доступную и портативную альтернативу дорогому лабораторному оборудованию», — сказал ведущий автор исследования, Dinghuang Zhang, PhD, бывший аспирант из Школы вычислительных и нынешних сотрудников университета в программе передачи знаний (KTP) на TG0. «Эти стельки могут помочь спортсменам повысить производительность, помочь врачам в реабилитации и даже помочь людям отслеживать свое движение для общего здоровья».
Стельки измеряют силы в трех измерениях, когда нога попадает и толкает землюТрехмерность инновационных стельки исходит от их способности измерить три компонента GRF: медиально-латеральный (FX), передне-ходовой (FY) и вертикальный (FZ). Проще говоря, медиально-латеральный относится к силе от стороны в сторону. Он измеряет толчок или тягу, который происходит, когда вы шагаете в одну или другую сторону, например, когда вы делаете быстрое боковое движение в баскетболе. Передний холм-это сила вперед, которая измеряет ускорение или торможение, которое происходит во время работы. Вертикальная сила-это сила вверх и вниз, ощущающую от земли, толкающую ногу, когда она приземляется. Обычно это самый сильный из трех компонентов, и его можно рассматривать как силу, которая поддерживает вес вашего тела. Все трое необходимы для понимания здоровой походки и того, как на нее влияют травма, мышечная усталость, осанка и баланс, а также влияние нервно -мышечных состояний.
Текущий золотой стандарт для измерения 3D GRFS представляет собой силовые пластины и инструментальные беговые дорожки. Тем не менее, силовые пластины могут захватывать GRFS только по одному шагу за раз и ограничены стационарной установкой. И хотя инструментальные беговые дорожки могут непрерывно собирать данные, они склонны нарушать естественную походку человека. Следовательно, желание ученых создать что -то более портативное и доступное.
«Это партнерство действительно подчеркнуло преимущество сотрудничества для объединения различных наборов навыков»,-сказал д-р Тим Эселл, старший преподаватель биомеханики и науки о реабилитации в университете и соавтор. «Все человеческое движение, будь то в элитных видах спорта, развлекательных мероприятий или реабилитации, вызвано силами и способностью точно измерить эти силы за пределами лабораторной среды, изменяет игру для улучшения спортивных результатов, выявления рисков травм и улучшения восстановления после травм или других условий». src = «/wp-content/uploads/2025/03/9021119885300c9ccc42e76395cbeb703.jpg» alt = «Smart Insoles: Smart Insoles: Doubon для экспертных спортсменов и затем пациенты с по сравнению с Portsm.Их интеллектуальная стелька TG0 объединяет встроенные датчики давления и инерционную единицу измерения (IMU), чтобы отслеживать давление и движение ноги. IMU — это устройство, которое содержит массив датчиков, которые измеряют движение, обнаруживая, как быстро движется нога в разных направлениях (акселерометр), как она вращается (гироскоп) и направление, на которое указывает нога (магнитометр). Машинное обучение питается всеми измерениями, проведенными датчиками давления и IMU для прогнозирования GRF.
Исследователи протестировали умную стельку TG0 на группе из пяти здоровых взрослых с различным весом тела и высоты. Участники сначала провели сеанс разминки, которая включала ходьбу и прыжки, чтобы минимизировать изменчивость данных, вызванную жесткостью мышц или незнакомых с оборудованием. Затем они были оснащены стелькой и попросили выполнить серию движений на силовой тарелке: глубокое приседание, встание на место, бег на месте, покачиваясь влево и вправо, прыгая на месте, прыгая вперед и вперед.
После сравнения данных GRF с стельки и силовой пластины, которая использовалась в качестве ссылки, исследователи обнаружили, что стелька надежно предсказывала GRF с частотой ошибок 4,16%. Частота ошибок отражает нормированную среднюю квадратную ошибку (NRMSE), которая является мерой точности прогнозирования в отношении измерений силовых пластин стандарта золота. Несмотря на то, что частота ошибок низкий, важно рассмотреть контекст, в котором будут использоваться эти стельки, поскольку приемлемый запас ошибки может варьироваться в зависимости от приложения, например, реабилитации и здравоохранения по сравнению с спортивными показателями. Однако исследователи отметили, что исследования других методов измерения GRF, таких как датчики движения или стельки давления, сообщили о ошибках NRMSE от 8% до 20%.
Смарт-всониУмные стельки общаются с помощью Bluetooth с низкой энергией (BLE) с USB-ключом на основе ПК. Они оснащены интегрированной батареей, которая непрерывно собирает данные в течение примерно восьми часов. Они могут помочь спортсменам отслеживать свое движение, оптимизировать тренировки и снизить риск травм. Врачи и физиотерапевты могут использовать их для мониторинга пациентов с проблемами мобильности или пациентами, выздоравливающими после травм. Они также могут собирать данные для продвижения спортивной науки и исследований биомеханики.
Тем не менее, основным импульсом разработки умных стельки была необходимость улучшения ухода за диабетом. Диабетики подвергаются риску развития периферической невропатии, что означает, что ощущение в ногах уменьшается и ставит их под угрозу язв ног, которые могут заразиться и, в худшем случае, требуют ампутации. Умная стелька, чувствительная к давлению, снизит этот риск.
«Миссия TG0 состоит в том, чтобы использовать встроенный ИИ и недорогой материал, чтобы революционизировать интерфейсы человека-машины, сделать их доступными, устойчивыми и умными»,-сказал д-р Liucheng Guo, соучредитель и технический директор компании и соответствующий автор исследования. «Объединив академические исследования с опытом в отрасли, мы улучшили нашу недорогую технологию интеллектуального зондирования, которая может изменить способ взаимодействия с миром-как в спорте, так и в здравоохранении. В исследовании не только демонстрирует нашу приверженность инновациям, но и прокладывает путь к следующему поколению Smart Sensing Solutions, которые выдвигаются за пределы спорта в более широкие приложения для здоровья. Портсмут и TG0. KTPS-это программы, которые связывают университеты с предприятиями с целью разработки реальных решений с использованием академической экспертизы.
Исследование было опубликовано в журнале Intellent Sports and Health . Соответствующий автор, Лихенг Го, является ассоциированным редактором журнала, но он не был вовлечен в редакционный обзор или решение опубликовать это исследование.
