Ученые разработали обувь с искусственным интеллектом, анализирующую особенности походки
Исследователи из Технологического института Стивенса (США) разработали «умную» стельку с искусственным интеллектом, которая мгновенно превращает любую обувь в портативную лабораторию для анализа походки.
Журнал IEEE Transactions on Neural Systems and Rehabilitation Engineering опубликовал результаты разработки этой инновационной технологии, которая позволит следить за изменениями походки у пациентов с двигательными расстройствами или травмами опорно-двигательного аппарата не в медицинских лабораториях и учреждениях, а в их естественной среде обитания. Технология также будет способствовать достижению значительных спортивных успехов, помогая, например, легкоатлетам улучшить технику бега.
«С практической точки зрения это бесценное изобретение, – сказал Дамиано Дзанотто, ведущий автор исследования, заведующий лабораторией портативных роботизированных систем Технологического института Стивенса. – Теперь мы можем анализировать походку человека в реальном времени и в реальных условиях».
Получение достоверной информации о походке человека в реальных условиях до сих пор оставалось серьезной проблемой для исследователей. Такие технологии анализа походки, как видеосистемы захвата движения и силовые платформы, дорого стоят и могут использоваться только внутри лабораторий, поэтому они дают мало информации специалистам о том, как люди ходят в реальном мире. Новые портативные технологии «умная» стелька могут преодолеть это ограничение.
В своей работе Дзанотто и его команда показывают, что их интеллектуальная стелька может в режиме реального времени предоставлять данные о длине, скорости и силе шага человека с большей точностью и с меньшими финансовыми затратами, чем существовавшие до сих пор технологии. В новой технологии SportSole, разработанной командой ученых, для контроля над движениями и ориентацией в пространстве используют акселерометры и гироскопы. А для определения подошвенного давления – набор силовых датчиков, позволяющих регистрировать до 500 показаний в секунду, что примерно в пять раз больше, чем интеллектуальные шагомеры и другие портативные приборы для анализа походки.
Однако настоящее волшебство происходит не в обуви. Портативные датчики движения во время использования производят весьма существенный шум. Чтобы преодолеть проблему, Дзанотто преобразует эти 500 измерений в секунду до нескольких ключевых характеристик, а затем передает полученные результаты в алгоритм искусственного интеллекта, способный быстро вычислять с точностью до пары процентов параметры исследуемой походки.
Это значительное улучшение по сравнению с другими инструментами наблюдения за походкой, которые требуют значительных вычислительных ресурсов и сохранения данных для последующего анализа. Новая система намного эффективнее, она позволяет встроить ее в микроконтроллер, способный выполнять анализ походки в реальном времени.
Система работает независимо от скорости передвижения человека и генерирует точные результаты, не требуя калибровки или индивидуальной настройки для разных пациентов. Предварительное тестирование показало, что SportSole работает даже с детьми в возрасте до трех лет и пожилыми людьми с вестибулярными расстройствами, у которых характер походки очень отличается от такового у здоровых взрослых.
На данный момент технологию SportSole тестируют для дальнейшего клинического использования. «Умная» стелька поможет исследователям оптимизировать процесс лечения людей с нарушениями движения и позволит осуществлять дистанционный мониторинг уязвимых групп населения. А также получить новую важную информацию о безопасности и эффективности новых методов лечения, которые могут повлиять на походку и равновесие.
Мнение специалиста