I ricercatori dello Stevens Institute of Technology hanno sviluppato un sistema basato sull'intelligenza artificiale, soletta intelligente che trasforma istantaneamente qualsiasi scarpa in un laboratorio portatile di analisi del cammino.

Il lavoro, segnalato nel numero di gennaio 2020 di Transazioni IEEE su sistemi neurali e ingegneria della riabilitazione , potrebbe avvantaggiare i ricercatori clinici fornendo un nuovo modo per misurare con precisione la funzione di deambulazione in pazienti con disturbi del movimento o lesioni muscoloscheletriche, nei loro ambienti di vita. La tecnologia potrebbe anche portare a significativi progressi per gli atleti, aiutandoli a migliorare la loro tecnica di corsa.

"Dal punto di vista pratico, è inestimabile, " disse Damiano Zanotto, autore principale e direttore di Stevens Wearable Robotic Systems Lab. "Ora siamo in grado di analizzare con precisione l'andatura di una persona in tempo reale, negli ambienti del mondo reale."

Fare un solo passo potrebbe sembrare semplice, ma acquisire informazioni affidabili sull'andatura di una persona in ambienti di vita reale rimane una grande sfida per i ricercatori. Tecnologie di analisi dell'andatura standard, come sistemi di acquisizione del movimento basati su telecamere e piastre di forza, sono costosi e possono essere utilizzati solo all'interno di laboratori, quindi offrono pochi spunti su come le persone camminano nel mondo reale. Tecnologie indossabili emergenti come scarpe intelligenti, baccelli, e le solette possono potenzialmente superare questa limitazione, ma i prodotti esistenti non possono fornire dati accurati sull'andatura.

Nel loro lavoro, Zanotto e il suo team dimostrano che la loro soletta intelligente può fornire dati in tempo reale sulla lunghezza, velocità, e la potenza del passo di chi lo indossa con una precisione migliore rispetto alle tecnologie indossabili esistenti e ad una frazione del costo delle tradizionali apparecchiature di laboratorio. (Zanotto e il suo team stanno cercando due brevetti relativi a SportSole, e diverse società e franchising sportivi professionisti stanno seguendo da vicino il lavoro della squadra.)

La tecnologia SportSole del team utilizza accelerometri e giroscopi per monitorare il proprio movimento e orientamento nello spazio, e una serie di sensori di forza per rilevare la pressione plantare, consentendogli di acquisire 500 letture al secondo, circa un miglioramento di cinque volte rispetto ai pedometri intelligenti e ad altri strumenti indossabili per l'analisi dell'andatura.

La vera magia, però, accade fuori dalla scarpa. I sensori di movimento indossabili sono intrinsecamente rumorosi. Per vincere questa sfida, Zanotto riduce a fuoco lento quelle 500 misurazioni al secondo fino a poche caratteristiche chiave, quindi alimenta i risultati in un algoritmo di intelligenza artificiale in grado di estrarre rapidamente parametri di andatura accurati entro un paio di punti percentuali.

Questo è un grande miglioramento rispetto ad altri strumenti di analisi dell'andatura AI, che sono computazionalmente intensivi e richiedono la registrazione dei dati per un'analisi successiva. Il sistema Stevens è molto più efficiente, permettendogli di essere inserito in un microcontrollore in grado di fornire analisi dell'andatura in tempo reale.

Funziona anche indipendentemente dal fatto che chi lo indossa stia camminando o correndo, e genera risultati accurati senza richiedere calibrazione o personalizzazione per i singoli utenti. I test preliminari suggeriscono che SportSole funziona anche con bambini di tre anni e anziani con disturbi vestibolari, i cui modelli di andatura sono molto diversi da quelli degli adulti sani.

Una precisione così costante è impressionante perché la maggior parte dei ricercatori sull'andatura utilizza sensori di fascia alta che costano $ 1, 000 o più nel tentativo di ridurre gli errori. Al contrario, Zanotto e il suo team hanno utilizzato sensori standard per un costo di circa $ 100, affidarsi all'intelligenza artificiale per estrarre dati affidabili. "Stiamo ottenendo risultati uguali o migliori a un costo molto inferiore, e questo è un grosso problema quando si tratta di ridimensionare questa tecnologia, " disse Zanotto.

Per adesso, anche se, il team si sta concentrando sul test di SportSole per uso clinico. Un discreto, il monitor dell'andatura indossabile potrebbe aiutare i ricercatori a ottimizzare i trattamenti per le persone con disturbi del movimento, consentire il monitoraggio a distanza delle popolazioni vulnerabili, o offrire importanti spunti sulla sicurezza e l'efficacia di nuovi trattamenti che potrebbero influenzare l'andatura e l'equilibrio.