Έξυπνο παπούτσι «διαβάζει» το περπάτημα – Δείτε ποια προβλήματα υγείας μπορεί να παρακολουθεί και να ανιχνεύει

Ένα παπούτσι που θα μπορούσε στο μέλλον να βοηθά τους γιατρούς να παρακολουθούν αλλαγές στο περπάτημα ανθρώπων με νόσο Πάρκινσον και άλλες κινητικές διαταραχές ανέπτυξαν μηχανικοί του Πανεπιστημίου Rutgers.

Το «έξυπνο» παπούτσι καταγράφει και αναλύει τον τρόπο με τον οποίο κινείται ο άνθρωπος, χρησιμοποιώντας τεχνητή νοημοσύνη. Το εντυπωσιακό είναι ότι δεν χρειάζεται επαναφόρτιση, αφού παράγει την ηλεκτρική ενέργεια που χρειάζεται από τα ίδια τα βήματα του χρήστη.

Οι ερευνητές εκτιμούν ότι, εφόσον η τεχνολογία εξελιχθεί και επιβεβαιωθεί μέσα από κλινικές δοκιμές, θα μπορούσε να χρησιμοποιηθεί για μακροχρόνια παρακολούθηση ανθρώπων με Πάρκινσον, τραυματισμούς του νωτιαίου μυελού, τραυματικές εγκεφαλικές κακώσεις και άλλες παθήσεις που επηρεάζουν την κίνηση.

Η έρευνα, με επικεφαλής τον βιοϊατρικό μηχανικό Simiao Niu του Rutgers University-New Brunswick, δημοσιεύθηκε στο επιστημονικό περιοδικό Science Advances.

Το περπάτημα δίνει πληροφορίες για την υγεία

Η λογική πίσω από την τεχνολογία είναι σχετικά απλή: ο τρόπος που περπατά ένας άνθρωπος μπορεί να αλλάξει όταν αλλάζει και η κατάσταση της υγείας του.

Οι επιστήμονες χρησιμοποιούν τον όρο «βάδισμα» για το συνολικό πρότυπο κίνησης ενός ανθρώπου, το οποίο περιλαμβάνει την ισορροπία, την ταχύτητα, τον ρυθμό και άλλα χαρακτηριστικά του βήματος.

Οι μεταβολές σε αυτά τα χαρακτηριστικά μπορούν να προσφέρουν χρήσιμες πληροφορίες για την εξέλιξη ορισμένων παθήσεων, τον κίνδυνο πτώσης ή την πορεία της αποκατάστασης μετά από τραυματισμό.

«Το βάδισμα είναι ένας από τους σημαντικότερους βιοδείκτες για πολλές ασθένειες», εξηγεί ο Niu.

Σήμερα, οι γιατροί μπορούν να αξιολογούν το βάδισμα παρακολουθώντας έναν ασθενή να περπατά για συγκεκριμένο χρονικό διάστημα σε κλινικό ή εργαστηριακό περιβάλλον. Ένα φορετό σύστημα θα μπορούσε μελλοντικά να δώσει μια πολύ πληρέστερη εικόνα, καταγράφοντας την κίνηση για μεγαλύτερα χρονικά διαστήματα, την ώρα που ο άνθρωπος συνεχίζει κανονικά την καθημερινότητά του.

Φορτίζει καθώς περπατάς

Μια από τις μεγαλύτερες καινοτομίες του πρωτοτύπου βρίσκεται στη σόλα.

Εκεί έχει τοποθετηθεί μια μικρή συσκευή η οποία παράγει ηλεκτρική ενέργεια από την πίεση και την τριβή που δημιουργούνται σε κάθε βήμα. Η τεχνολογία αξιοποιεί το τριβοηλεκτρικό φαινόμενο, το οποίο σχετίζεται με τη δημιουργία στατικού ηλεκτρισμού όταν διαφορετικά υλικά έρχονται σε επαφή.

Επειδή η ενέργεια που παράγεται με αυτόν τον τρόπο δεν είναι σταθερή, οι μηχανικοί ανέπτυξαν ειδικό κύκλωμα ώστε να τη μετατρέπουν σε μορφή που μπορούν να χρησιμοποιήσουν τα ηλεκτρονικά του παπουτσιού.

Με τη συγκεκριμένη μέθοδο κατάφεραν να αυξήσουν την αξιοποιήσιμη ενέργεια έως και 120 φορές σε σύγκριση με μια συμβατική προσέγγιση.

Μάλιστα, στις εργαστηριακές δοκιμές ακόμη και το αργό περπάτημα παρήγαγε αρκετή ενέργεια ώστε να διατηρεί ολόκληρο το σύστημα σε λειτουργία.

Η τεχνητή νοημοσύνη μέσα στο παπούτσι

Το παπούτσι διαθέτει επιταχυνσιόμετρο που καταγράφει την κίνηση του ποδιού σε τρεις άξονες. Ένας μικροσκοπικός επεξεργαστής αναλύει στη συνέχεια τις πληροφορίες χρησιμοποιώντας τεχνητή νοημοσύνη.

Ανά 15 δευτερόλεπτα, το σύστημα μπορεί να αναγνωρίζει εάν ο χρήστης περπατά αργά, περπατά γρήγορα, τρέχει ή ανεβαίνει σκάλα.

Το πρώτο μοντέλο τεχνητής νοημοσύνης που ανέπτυξε η ομάδα πέτυχε ακρίβεια 98,1%, αλλά αποδείχθηκε πολύ μεγάλο για τη μνήμη του μικροσκοπικού επεξεργαστή.

Οι ερευνητές το απλοποίησαν και η τελική εκδοχή πέτυχε ακρίβεια 95,4%, λειτουργώντας περίπου 15 φορές ταχύτερα και με σημαντικά μικρότερη κατανάλωση ενέργειας.

Μάλιστα, η ανάλυση γίνεται μέσα στο ίδιο το παπούτσι και όχι σε κάποιον απομακρυσμένο υπολογιστή ή στο cloud. Έτσι μειώνονται οι ενεργειακές απαιτήσεις που θα δημιουργούσε η συνεχής αποστολή δεδομένων.

Από το Πάρκινσον μέχρι τις πτώσεις

Το επόμενο στοίχημα είναι να διαπιστωθεί εάν η τεχνολογία μπορεί να αποκτήσει πραγματική κλινική χρησιμότητα.

Οι επιστήμονες θεωρούν ότι στο μέλλον παρόμοια συστήματα θα μπορούσαν να χρησιμοποιούνται για παρακολούθηση ασθενών με Πάρκινσον, για εντοπισμό ασυνήθιστων αλλαγών στο βάδισμα, για εκτίμηση του κινδύνου πτώσης ή για παρακολούθηση της αποκατάστασης ανθρώπων έπειτα από τραυματισμούς του εγκεφάλου ή του νωτιαίου μυελού.

Το πλεονέκτημα θα ήταν η δυνατότητα συνεχούς καταγραφής στην πραγματική ζωή. Ένας γιατρός, για παράδειγμα, δεν θα είχε μόνο την εικόνα που παρουσιάζει ο ασθενής κατά τη διάρκεια μιας επίσκεψης, αλλά δεδομένα για το πώς μεταβάλλεται το περπάτημά του σε βάθος χρόνου.

Οι ερευνητές θεωρούν επίσης ότι η ίδια τεχνολογική προσέγγιση θα μπορούσε στο μέλλον να προσαρμοστεί για την παρακολούθηση της καρδιακής δραστηριότητας, βιοχημικών σημάτων ή άλλων παραμέτρων της υγείας.

Παρά τις προοπτικές, το έξυπνο παπούτσι απέχει ακόμα αρκετά βεβαίως από το να χρησιμοποιηθεί στην ιατρική πράξη.