Pesquisadores do Stevens Institute of Technology desenvolveram um palmilha inteligente que transforma instantaneamente qualquer sapato em um laboratório portátil de análise de marcha.

O trabalho, relatado na edição de janeiro de 2020 da Transações IEEE em Sistemas Neurais e Engenharia de Reabilitação , poderia beneficiar os pesquisadores clínicos, fornecendo uma nova maneira de medir com precisão a função de andar em pacientes com distúrbios do movimento ou lesões musculoesqueléticas, em seus ambientes de vida. A tecnologia também pode levar a avanços significativos para os atletas, ajudando-os a melhorar sua técnica de corrida.

"Do ponto de vista prático, isso é inestimável, "disse Damiano Zanotto, autor principal e diretor do Stevens Wearable Robotic Systems Lab. "Agora podemos analisar com precisão o andar de uma pessoa em tempo real, em ambientes do mundo real. "

Dar um único passo pode parecer simples, mas capturar informações confiáveis ​​sobre a marcha de uma pessoa em ambientes da vida real continua sendo um grande desafio para os pesquisadores. Tecnologias de análise de marcha padrão ouro, como sistemas de captura de movimento baseados em câmera e plataformas de força, são caros e só podem ser usados ​​dentro de laboratórios, então, eles oferecem alguns insights sobre como as pessoas andam no mundo real. Tecnologias vestíveis emergentes, como sapatos inteligentes, vagens, e as palmilhas podem superar essa limitação, mas os produtos existentes não podem fornecer dados de marcha precisos.

Em seu trabalho, Zanotto e sua equipe mostram que sua palmilha inteligente pode fornecer dados em tempo real sobre o comprimento, Rapidez, e a força do passo de um usuário com melhor precisão do que as tecnologias existentes de uso dos pés - e por uma fração do custo do equipamento de laboratório tradicional. (Zanotto e sua equipe estão buscando duas patentes relacionadas ao SportSole, e várias empresas e franquias esportivas profissionais estão acompanhando de perto o trabalho da equipe.)

A tecnologia SportSole da equipe usa acelerômetros e giroscópios para monitorar seu próprio movimento e orientação no espaço, e uma série de sensores de força para detectar a pressão plantar, permitindo que ele capture 500 leituras por segundo - uma melhoria em torno de cinco vezes em relação aos pedômetros inteligentes e outras ferramentas de análise de marcha vestíveis.

A verdadeira magia, Contudo, acontece fora do sapato. Sensores de movimento vestíveis são inerentemente barulhentos. Para superar esse desafio, Zanotto reduz essas 500 medições por segundo a apenas alguns recursos-chave, em seguida, alimenta os resultados em um algoritmo de IA capaz de extrair rapidamente parâmetros de marcha com precisão de alguns pontos percentuais.

Isso é uma grande melhoria em relação a outras ferramentas de análise de marcha de IA, que são computacionalmente intensivos e requerem que os dados sejam registrados para análise posterior. O sistema Stevens é muito mais eficiente, permitindo que ele seja integrado a um microcontrolador capaz de fornecer análise de marcha em tempo real.

Também funciona independentemente de o usuário estar caminhando ou correndo, e gera resultados precisos sem exigir calibração ou personalização para usuários individuais. Testes preliminares sugerem que o SportSole funciona até mesmo com crianças a partir dos três anos de idade e idosos com distúrbios vestibulares, cujos padrões de marcha são muito diferentes dos de adultos saudáveis.

Essa precisão consistente é impressionante porque a maioria dos pesquisadores de marcha usa sensores de última geração que custam US $ 1, 000 ou mais em um lance para reduzir os erros. Por contraste, Zanotto e sua equipe usaram sensores de prateleira que custam cerca de US $ 100, contando com a IA para extrair dados confiáveis. "Estamos alcançando os mesmos resultados ou melhores a um custo muito menor, e isso é muito importante quando se trata de dimensionar essa tecnologia, "disse Zanotto.

Por enquanto, no entanto, a equipe está se concentrando em testar o SportSole para uso clínico. Um discreto, monitor de marcha vestível pode ajudar os pesquisadores a otimizar tratamentos para pessoas com distúrbios de movimento, permitir o monitoramento remoto de populações vulneráveis, ou oferecem informações importantes sobre a segurança e eficácia de novos tratamentos que podem afetar a marcha e o equilíbrio.