Un nouveau système de semelles intelligentes qui surveille la façon dont les gens marchent en temps réel pourrait aider les utilisateurs à améliorer leur posture et fournir des alertes précoces pour des affections allant de la fasciite plantaire à la maladie de Parkinson.
Construit à partir de 22 petits capteurs de pression et alimenté par de petits panneaux solaires placés sur le dessus des chaussures, le système offre un suivi de la santé en temps réel basé sur la façon dont une personne marche, un processus biomécanique qui est aussi unique que l’empreinte digitale de l’homme.
Ces données de santé personnelles complexes peuvent ensuite être transmises par Bluetooth à un smartphone pour une analyse rapide et détaillée, a déclaré Jinghua Li, coauteur de l’étude et professeur adjoint de science et d’ingénierie des matériaux à l’université de l’État de l’Ohio.
« Notre corps est porteur de nombreuses informations utiles dont nous n’avons même pas conscience », a dit Jhua Li. « Notre objectif est donc d’utiliser l’électronique pour extraire et décoder ces signaux afin d’encourager de meilleurs contrôles de santé. » Un nouveau système de semelle intelligente qui surveille la façon dont les gens marchent en temps réel pourrait aider les utilisateurs à améliorer leur posture et fournir des alertes précoces pour des affections allant de la fasciite plantaire à la maladie de Parkinson.
Construit à partir de 22 petits capteurs de pression et alimenté par de petits panneaux solaires placés sur le dessus des chaussures, le système offre un suivi de la santé en temps réel basé sur la façon dont une personne marche, un processus biomécanique qui est aussi unique que l’empreinte digitale de l’homme.
Ces données de santé personnelles complexes peuvent ensuite être transmises par Bluetooth à un smartphone pour une analyse rapide et détaillée, a déclaré Jinghua Li, coauteur de l’étude et professeur adjoint de science et d’ingénierie des matériaux à l’université de l’État de l’Ohio.
« Notre corps est porteur de nombreuses informations utiles dont nous n’avons même pas conscience », a ajouté Jhua Li. « Notre objectif est donc d’utiliser l’électronique pour extraire et décoder ces signaux afin d’encourager de meilleurs contrôles de santé. »
On estime qu’au moins 7 % des Américains souffrent de difficultés ambulatoires, c’est-à-dire d’activités telles que la marche, la course ou la montée d’escaliers. Bien que les efforts de fabrication d’un système de pression portable basé sur une semelle aient gagné en popularité ces dernières années, de nombreux prototypes antérieurs se sont heurtés à des limitations d’énergie et à des performances instables.
Pour surmonter les défis posés par leurs précurseurs, Li et Qi Wang, l’auteur principal de l’étude et actuel doctorant en science et ingénierie des matériaux à Ohio State, ont cherché à s’assurer que leur dispositif portable est durable, qu’il présente un degré élevé de précision lors de la collecte et de l’analyse des données, et qu’il peut fournir une alimentation cohérente et fiable, a déclaré Li.
« Notre dispositif est innovant en termes de haute résolution, de détection spatiale, de capacité d’auto-alimentation et de sa capacité à se combiner avec des algorithmes d’apprentissage automatique », a-t-elle déclaré. « Nous pensons donc que cette recherche peut aller plus loin en s’appuyant sur les succès des pionniers dans ce domaine. »
Le système de cette équipe est également unique en raison de son utilisation de l’IA. À l’aide d’un modèle d’apprentissage automatique avancé, le vêtement peut reconnaître huit états de mouvement différents, y compris des mouvements statiques tels que la position assise ou debout, et des mouvements plus dynamiques tels que la course ou l’accroupissement.
En outre, comme les matériaux utilisés pour les semelles sont souples et sûrs, le dispositif, à l’instar d’une montre intelligente, présente peu de risques et ne présente aucun danger pour une utilisation continue. Par exemple, une fois que les cellules solaires ont converti la lumière du soleil en énergie, celle-ci est stockée dans de minuscules piles au lithium qui ne nuisent pas à l’utilisateur et n’affectent pas ses activités quotidiennes.
Grâce à la répartition des capteurs entre les orteils et le talon, les chercheurs ont pu voir comment la pression exercée sur certaines parties du pied diffère selon qu’il s’agit de marche ou de course.
Pendant la marche, la pression est appliquée de manière séquentielle du talon aux orteils, alors que pendant la course, presque tous les capteurs sont soumis à une pression simultanée. En outre, pendant la marche, le temps d’application de la pression représente environ la moitié du temps total, alors que pendant la course, il ne représente qu’un quart environ.
Dans le domaine des soins de santé, les semelles intelligentes pourraient contribuer à l’analyse de la démarche afin de détecter les anomalies précoces associées aux affections liées à la pression du pied (telles que les ulcères du pied diabétique), aux troubles musculo-squelettiques (tels que la fasciite plantaire) et aux affections neurologiques (telles que la maladie de Parkinson).
Le nouveau système utilise également l’apprentissage automatique pour apprendre et classer les différents types de mouvements. Cela ouvre des perspectives pour la gestion personnalisée de la santé, notamment la correction de la posture en temps réel, la prévention des blessures et le suivi de la rééducation. Les chercheurs estiment que l’entraînement physique personnalisé pourrait également être utilisé à l’avenir.
Selon l’étude, ces semelles intelligentes n’ont montré aucune détérioration notable des performances après 180 000 cycles de compression et de décompression, ce qui démontre leur durabilité à long terme.
« L’interface est flexible et assez fine, de sorte que même en cas de déformation répétitive, elle peut rester fonctionnelle », a précisé M. Li. « La combinaison du logiciel et du matériel signifie qu’elle n’est pas aussi limitée. »
Les chercheurs s’attendent à ce que la technologie soit commercialisée dans les trois à cinq prochaines années.Les prochaines étapes pour faire avancer les travaux viseront à améliorer les capacités de reconnaissance gestuelle du système, ce qui, selon Li, sera probablement facilité par des tests supplémentaires sur des populations plus diversifiées.
« Nous avons tellement de variations entre les individus que la démonstration et l’entraînement de ces fantastiques capacités sur différentes populations est quelque chose à laquelle nous devons accorder plus d’attention », a conclu M. Li.
Légende illustration : Une meilleure compréhension de la marche peut révéler des indices importants sur nos systèmes squelettique, nerveux et musculaire.
Article : « A wireless, self-powered smart insole for gait monitoring and recognition via nonlinear synergistic pressure sensing » – DOI : 10.1126/sciadv.adu1598
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