Un nuevo sistema de pliegue inteligente que monitorea cómo las personas caminan en tiempo real podría ayudar a los usuarios a mejorar la postura y proporcionar advertencias tempranas para las afecciones de la fascitis plantar hasta la enfermedad de Parkinson.
Construido con 22 pequeños sensores de presión y alimentado por pequeños paneles solares en la parte superior de los zapatos, el sistema ofrece un seguimiento de salud en tiempo real en función de cómo camina una persona, un proceso biomecánico que es tan único como una huella digital humana.
Estos datos de salud personal complejos se pueden transmitir a través de Bluetooth a un teléfono inteligente para un análisis rápido y detallado, dijo Jinghua Li, coautora del estudio y profesor asistente de ciencia e ingeniería de materiales en la Universidad Estatal de Ohio.
«Nuestros cuerpos tienen mucha información útil que ni siquiera estamos al tanto», dijo Li. «Estos estados también cambian con el tiempo, por lo que es nuestro objetivo usar la electrónica para extraer y decodificar esas señales para alentar mejores controles de atención médica».
Se estima que al menos el 7% de los estadounidenses sufren de dificultades ambulatorias, actividades que incluyen caminar, correr o subir escaleras. Si bien los esfuerzos para fabricar un sistema de presión basado en platos portátiles han aumentado en popularidad en los últimos años, se cumplieron muchos prototipos anteriores con bajas limitaciones de energía y actuaciones inestables.
Para superar los desafíos de sus precursores, Li y Qi Wang, el autor principal del estudio y un estudiante de doctorado actual en ciencia e ingeniería de materiales en el estado de Ohio, buscó garantizar que su portátil sea duradero, tiene un alto grado de precisión al recopilar y analizar datos, y puede proporcionar una potencia consistente y confiable, dijo Li.
«Nuestro dispositivo es innovador en términos de alta resolución, detección espacial, capacidad autopotera y su capacidad para combinar con algoritmos de aprendizaje automático», dijo. «Así que sentimos que esta investigación puede ir más lejos en función de los éxitos pioneros de este campo».
El estudio fue publicado recientemente en la revista Avances científicos.
El sistema de este equipo también se hace único mediante su uso de IA. Utilizando un modelo de aprendizaje automático avanzado, el portátil puede reconocer ocho estados de movimiento diferentes, incluidos los estáticos como sentarse y estar de pie a movimientos más dinámicos, como correr y ponerse en cuclillas.
Además, dado que los materiales de los que están hechas las plantillas son flexibles y seguras, el dispositivo, al igual que un reloj inteligente, es de bajo riesgo y seguro para uso continuo. Por ejemplo, después de que las células solares convierten la luz solar en energía, esa energía se almacena en pequeñas baterías de litio que no dañan al usuario ni afectan las actividades diarias.
Debido a la distribución de sensores desde el dedo del pie hasta el talón, los investigadores pudieron ver cómo la presión sobre partes del pie es diferente en actividades como caminar versus correr.
Durante la caminata, la presión se aplica secuencialmente desde el talón hasta los dedos de los pies, mientras que durante la carrera, casi todos los sensores están sujetos a presión simultáneamente. Además, durante la caminata, el tiempo de aplicación de presión representa aproximadamente la mitad del tiempo total, mientras que durante la ejecución, representa solo aproximadamente una cuarta parte.
En la atención médica, las plantillas inteligentes podrían apoyar el análisis de la marcha para detectar anomalías tempranas asociadas con afecciones relacionadas con la presión de los pies (como las úlceras del pie diabéticas), los trastornos musculoesqueléticos (como la fascitis plantar) y las afecciones neurológicas (como la enfermedad de Parkinson).
El nuevo sistema también utilizó el aprendizaje automático para aprender y clasificar diferentes tipos de movimiento. Eso ofrece oportunidades para la gestión personalizada de la salud, incluida la corrección de postura en tiempo real, la prevención de lesiones y el monitoreo de rehabilitación. La capacitación de fitness personalizada también puede ser un uso futuro, dijeron los investigadores.
Según el estudio, estas plantillas inteligentes no mostraron un deterioro notable en el rendimiento después de 180,000 ciclos de compresión y descompresión, mostrando su durabilidad a largo plazo.
«La interfaz es flexible y bastante delgada, por lo que incluso durante la deformación repetitiva, puede permanecer funcional», dijo Li. «La combinación del software y el hardware significa que no es tan limitado».
Los investigadores esperan que la tecnología probablemente esté disponible comercialmente dentro de los próximos tres a cinco años. Los próximos pasos para avanzar en el trabajo estarán dirigidos a mejorar las habilidades de reconocimiento de gestos del sistema, que, según LI, probablemente recibirán más pruebas en poblaciones más diversas.
«Tenemos tantas variaciones entre las personas, por lo que demostrar y capacitar estas capacidades fantásticas en diferentes poblaciones es algo a lo que debemos prestar más atención», dijo Li.
Otros coautores incluyen a Hui Guan, Chen Wang, Peiming Lei, Hongwei Sheng, Huasheng BI, Jinkun Hu, Chenhui Guo, Yichuan Mao, Jiao Yuan, Mingjiao Shao, Zhiwen Jin y Wei Lan de la Universidad Lanzhou en China.
