Алихан Садыков 
Новая эра носимых технологий обещает кардинально изменить подходы к восстановлению после травм, спортивным тренировкам и контролю хронических заболеваний. Исследователи из Университета Портсмута представили инновационные умные стельки, которые не просто поддерживают стопу, а отслеживают взаимодействие тела с поверхностью земли – ключевые данные для врачей, спортсменов и ученых.
Измерение сил реакции опоры, возникающих при контакте стоп с землей, давно играет важную роль в спортивной науке, реабилитации и профилактике травм. Эти показатели раскрывают, как мышцы и суставы работают во время движения. Однако на протяжении многих лет для таких измерений требовалось громоздкое и дорогостоящее лабораторное оборудование, такое как силовые платформы или специализированные беговые дорожки. Несмотря на свою эффективность, эти устройства ограничены стенами лабораторий и не могут применяться в реальных условиях – в спортзалах, парках или дома.
Именно здесь на сцену выходят новые умные стельки, разработанные в сотрудничестве университета и технологической компании. Это носимое устройство представляет собой недорогое и мобильное решение, доступное каждому за пределами лаборатории. Благодаря встроенному искусственному интеллекту, эти стельки меняют представление ученых и врачей о механике человеческих движений.
Внутри каждой стельки скрыты передовые технологии. Она содержит два основных компонента: систему датчиков давления CapSense, которая картирует распределение нагрузки при движении, и инерциальный измерительный модуль IMU, отслеживающий движение стопы по ускорению и вращению. Данные с обоих сенсоров поступают в специальную модель искусственного интеллекта.
Эта модель, использующая двухпотоковый механизм внимания, обрабатывает оба типа данных в реальном времени, автоматически выбирая наиболее релевантный поток информации для различных фаз движения. Такой подход значительно повышает точность прогнозирования сил реакции опоры. Тестирование системы показало погрешность всего в 4,1%, в то время как предыдущие аналогичные устройства имели погрешность от 8% до 20%, что делает новую разработку гораздо более надежной.
Ведущий исследователь проекта, доктор Динхуан Чжан, говорит, что их целью было создание доступной и портативной альтернативы дорогостоящему лабораторному оборудованию. По его словам, эти стельки могут помочь спортсменам улучшить свои показатели, врачам – в процессе реабилитации, и даже обычным людям – отслеживать свои движения для поддержания общего состояния здоровья.
В отличие от громоздких лабораторных установок, эти стельки предназначены для повседневного использования. Они оснащены небольшим встроенным аккумулятором, обеспечивающим работу датчиков до восьми часов. Стельки подключаются к ближайшему компьютеру по беспроводной связи Bluetooth, а все данные о движении и давлении сохраняются в упорядоченных файлах с временными метками, что упрощает отслеживание изменений с течением времени.
Умные стельки уже продемонстрировали свою практическую пользу в различных реальных сценариях. В спорте и профилактике травм они позволяют атлетам отслеживать каждое движение, корректировать технику и избегать повреждений. В реабилитации врачи и физиотерапевты могут наблюдать за динамикой движений пациентов во время восстановления и своевременно корректировать программы лечения. В области медицинских исследований ученые получают возможность собирать более качественные данные для изучения особенностей ходьбы, бега и процессов восстановления у разных людей.
Доктор Тим Эксел, эксперт по биомеханике из команды разработчиков, поясняет, что любое движение человека, будь то в элитном спорте, любительских активностях или реабилитации, обусловлено силами. Он считает, что возможность точно измерять эти силы вне лабораторных условий коренным образом меняет правила игры, помогая улучшать спортивные результаты, выявлять риски травм и поддерживать восстановление после повреждений или других состояний.
Потенциал умных стелек выходит далеко за рамки спорта и реабилитации. Их создание также было вдохновлено серьезной медицинской проблемой – уходом за стопами у пациентов с диабетом. Многие люди, страдающие диабетом, сталкиваются с периферической нейропатией, состоянием, при котором снижается чувствительность в ногах. Это может привести к тому, что участки высокого давления остаются незамеченными и превращаются в язвы. Без своевременного лечения такие язвы могут инфицироваться и даже потребовать ампутации.
Технологическая компания TG0, участвовавшая в разработке умных стелек, стремится предотвратить развитие таких осложнений. Благодаря датчикам давления, предупреждающим пользователей об опасных зонах на стопах, пациенты с диабетом могут своевременно принять меры. Этот простой инструмент способен спасти не только конечности, но и жизни.
Доктор Лючэн Го, технический директор TG0, разъясняет их видение: миссия TG0 заключается в использовании встроенного искусственного интеллекта и недорогих материалов для революционного изменения взаимодействия человека с машиной. Компания стремится сделать эти технологии доступными, устойчивыми и интеллектуальными. По его словам, объединив академические исследования с отраслевым опытом, они усовершенствовали свою технологию недорогих умных датчиков. Это исследование не только демонстрирует приверженность инновациям, но и открывает путь для следующего поколения умных сенсорных решений, выходящих за рамки спорта и охватывающих более широкие области здравоохранения.
Это исследование не было изолированным проектом, а стало результатом Партнерства по передаче знаний KTP, которое связывает университеты с бизнесом для создания практически применимых решений. Команда объединила экспертов с факультетов вычислительной техники и наук о здоровье университета, тесно сотрудничая с инженерами из TG0.
Финальная модель была протестирована в сравнении с передовым лабораторным оборудованием и продемонстрировала высокую точность. Полное исследование опубликовано в журнале Intelligent Sports and Health.
Благодаря сочетанию простых материалов, умных датчиков и передовых алгоритмов, эта команда сделала высококачественный анализ движений доступным как никогда ранее. От помощи спортсменам в совершенствовании тренировок до защиты стоп у людей с диабетом – умная стелька может стать одним из самых эффективных носимых инструментов современности.
