史蒂文斯理工学院正在将跑鞋变成便携式实验室
原文链接: https://www.stevens.edu/news/ai-powered-shoes-unlock-secrets-your-sole
（Hoboken，N.J.–2020年3月17日） – 史蒂文斯理工学院（Stevens Institute of Technology）的研究人员开发了一种人工智能鞋垫，可以立即将任何鞋变成便携式步态分析实验室。
这项工作发表在《IEEE神经系统与康复工程汇刊》(IEEE Transactions on Neural Systems and Rehabilitation Engineering)上，可以为临床研究人员提供一种新的方法，精确测量运动障碍或肌肉骨骼损伤患者在其生活环境中的步行功能。这项技术还可以帮助运动员提高跑步技术，从而为运动员带来重大进步。
史蒂文斯可穿戴机器人系统实验室（Stevens Wearable Robotic Systems Lab）首席作者兼主任达米亚诺·扎诺托（Damiano Zanotto）说：“从实用的角度来看，这是无价的，我们现在能够在现实环境中实时准确地分析一个人的步态。”
采取一步可能看起来很简单，但在现实生活中获取一个人步态的可靠信息仍然是研究人员面临的一个重大挑战。金标准步态分析技术，如基于摄像机的运动捕捉系统和力板，价格昂贵，只能在实验室内使用，因此它们对人们在现实世界中的行走方式提供的见解很少。新兴的可穿戴技术，如智能鞋、吊舱和鞋垫，可以潜在地克服这一限制，但现有的产品无法提供准确的步态数据。
在他们的工作中，Zanotto和他的团队展示了他们的智能鞋垫能够提供关于穿戴者步幅的长度、速度和力量的实时数据，比现有的步行技术具有更好的准确性，而且成本只是传统实验室设备的一小部分。（Zanotto和他的团队正在寻求两项与SportSole相关的专利，几家公司和专业体育特许经营机构正在密切关注团队的工作。）
该团队的SportSole技术使用加速计和陀螺仪来监测自己在太空中的运动和方向，并使用一系列力传感器来检测足底压力，使其每秒可以捕捉500个读数，比智能计步器和其他可穿戴步态分析工具提高了五倍左右。
然而，真正的魔术发生在鞋外。可穿戴的运动传感器具有固有的噪声。为了克服这一挑战，Zanotto将每秒500次的测量值简化为几个关键特征，然后将结果输入一个能够快速提取步态参数的人工智能算法，精确到几个百分点以内。
与其他人工智能步态分析工具相比，这是一个很大的改进，这些工具的计算量很大，需要记录数据以便以后进行分析。史蒂文斯系统的效率要高得多，它可以被烘焙成一个能够提供实时步态分析的微控制器。
它也可以工作，无论佩戴者是步行还是跑步，并且生成准确的结果，而无需为个人用户进行校准或定制。初步测试表明，SportSole甚至适用于3岁以下的儿童和患有前庭障碍的老年人，他们的步态模式与健康成人有很大不同。
这种一致的准确性令人印象深刻，因为大多数步态研究人员使用价格在1000美元或以上的高端传感器，以减少误差。相比之下，Zanotto和他的团队使用了售价约100美元的现成传感器，依靠人工智能来提取可靠的数据。扎诺托说：“我们正在以更低的成本取得同样或更好的成果，在推广这项技术方面，这是一件大事。”。
不过，目前，该团队正集中精力测试临床使用的运动鞋底。一个不引人注目的、可穿戴的步态监护仪可以帮助研究人员优化对运动障碍患者的治疗，允许对易受伤害人群进行远程监测，或者为可能影响步态和平衡的新疗法的安全性和有效性提供重要的见解。
