Smart indlægssåler åbner fremtiden for gangbaseret sundhedsovervågning

En af de aktiviteter, vi alle udfører dagligt, er at gå. Selvom du måske ikke lægger meget mærke til, hvordan du eller andre går, kan deres gang fortælle meget om deres helbred.

This is because the central nervous system is involved in controlling the movement of our limbs and maintaining posture while the body is in motion.

Bevægelses- og gangbesvær er faktisk et resultat af neurologisk skade, muskel‑ og skeletlidelser samt degenerative patologier. Traditionelt diagnosticeres disse tilstande af læger baseret på fysiske og medicinske undersøgelser, hvor ganganalyse kun udføres på avancerede hospitaler og på et begrænset antal patienter.

Mange forskere argumenterer for, at ganganalyse bør udføres på alle patienter, der er i risiko for disse sygdomme, samt dem der har brug for langvarig rehabilitering. Dette giver mening af flere grunde.

For det første lider omkring 7 % af den amerikanske befolkning af alvorlige mobilitetsproblemer, som refererer til vanskeligheder med at gå, løbe, bevæge sig eller bestige trapper. Disse mobilitetsproblemer er et almindeligt og betydningsfuldt træk ved mange neurokognitive lidelser som demens og Parkinsons sygdom (PD), som er i stigning.

PD fører især til problemer med at kontrollere muskelbevægelse, hvilket manifesteres som postural ustabilitet og gangfrysning. Et slagtilfælde forårsager også asymmetriske lembevægelser.

Derudover er der de enorme omkostninger, der er forbundet med disse sygdomme. For eksempel koster bevægelsesforstyrrelser anslået 5 % af USA’s BNP. Mange af disse sygdomme er kendetegnet ved faldende motorisk kontrol, såsom ujævn gang og uregelmæssighed i gåen.

Disse ændringer i motoriske tegn kan faktisk opdages længe før sygdommen diagnosticeres og kan hjælpe i behandlingen. For eksempel, i PD, er de fleste af patientens neuroner allerede degenererede, når de kliniske diagnostiske kriterier er opfyldt.

Der er derfor tydeligt et behov for at overvåge gang og plantartryk under daglige aktiviteter for at hjælpe med tidlig påvisning af forskellige lidelser, hvilket muliggør tidlig indgriben, der potentielt kan forebygge og bremse sygdomsprogression.

Identifikation af gangirregulariteter på et tidligt stadium gør det også muligt for sundhedsprofessionelle at anvende personlige terapeutiske tilgange og forbedre de samlede patientresultater.

Ud over at diagnosticere og håndtere specifikke tilstande tilbyder ganganalyse i den ældre befolkning en ikke‑invasiv og omkostningseffektiv metode til at opretholde generel sundhed og uafhængighed.

Her er teknologier som smartphones, sensorer og sensortekstiler nogle af de lavpris og let tilgængelige muligheder for at overvåge individers aktiviteter. Wearable‑enheder er et andet vigtigt værktøj, der kan spille en afgørende rolle ved at give daglig overvågning af gang.

Især integration af sensorer i sko for at skabe bærbare elektroniske enheder tilbyder en lovende strategi, der overvinder problemet med tryksensorplatforme, som i øjeblikket anvendes i medicinsk praksis til at måle plantartryksfordeling.

Brugen af disse platforme er begrænset af tids- og rummæssige begrænsninger. Et nyt studie har derfor bygget et smart trådløst indlægssålesystem til rumligt opløst overvågning af plantartryk, som refererer til kraftfordelingen over sålen under vægtbærende aktiviteter, såsom gang. Dette fuldt integrerede, selvforsynende system muliggør realtidsvisualisering af gang i flere tilstande.

Real-tids gangovervågning gennem integreret sensornetværk

Forskere fra The Ohio State University har designet en ny bærbar smart indlægssål, der i realtid overvåger, hvordan du står, går og løber. Dette system kan hjælpe brugere ikke kun med at forbedre deres holdning, men også give tidlige advarsler om tilstande, der spænder fra simpel plantar fasciitis, en almindelig årsag til hælsmerter, til mere alvorlige tilstande som Parkinsons sygdom.

Denne bærbare enhed blev bygget ved hjælp af tyve to små (CNT/ACET/PDMS) tryksensorer, og på skoens overdel blev små solpaneler anvendt til strømforsyning.

For at kunne drive hele systemet effektivt og bæredygtigt, blev en fleksibel perovskite‑solcelle (FPSC) designet med høj effekt tæthed, høj konverteringseffektivitet og tilstrækkelig fleksibilitet til at modstå mekanisk belastning under brug.

Systemet tilbyder realtids sundhedsovervågning baseret på, hvordan en person går, en proces så unik som deres fingeraftryk.

Tryksensor‑dataene indsamles derefter og overføres via Bluetooth til en smartphone for hurtig og detaljeret analyse. Dataene overføres i realtid, hvilket gør det muligt for brugeren at visualisere plantartryksfordelingen i tre forskellige tilstande i deres smartphone‑app.

“Vores kroppe bærer masser af nyttig information, som vi ikke engang er bevidste om. Disse tilstande ændrer sig også over tid, så vores mål er at bruge elektronik til at udtrække og afkode disse signaler for at fremme bedre selv‑sundhedstjek.”

Dette er selvfølgelig ikke det første forsøg på en bærbar enhed, som har set øget interesse i de sidste par år. Tidligere prototyper stod dog over for begrænsninger i energiforbrug og ustabil ydeevne.

Derfor skal teamet sikre, at deres bærbare enhed er holdbar, kan levere konsistent og pålidelig strøm, og kan indsamle og analysere data med høj nøjagtighed.

“Vores enhed er innovativ med hensyn til høj opløsning, rumlig sensing, selvforsynende evne og dens mulighed for at kombinere med maskinlæringsalgoritmer. Så vi føler, at denne forskning kan gå videre baseret på de banebrydende succeser inden for dette felt.”

– Studieets hovedforfatter Qi Wang, som er PhD‑studerende i materialvidenskab og -ingeniørkunst på Ohio State

Udgivet den in the journal Science Advances¹, the study details the development of the fully self-powered smart system.

Indlægssålen her er sammensat af polyimid (PI) indkapslingslag, elektroder, kulnanorør/acetylsort/polydimethylsiloxan (CNT/ACET/PDMS) og et PDMS‑lag. PDMS er faktisk kendt for sin biokompatibilitet, fleksibilitet og evne til at formes i forskellige former.

Sensorerne er tæt integreret i PDMS‑laget, hvor de omdanner tryksignaler til elektriske signaler. Signalerne indsamles af analog‑til‑digital‑konverteren (ADC) på det trykte kredsløbskort (PCB) og overføres til en mobil enhed.

Brugen af PDMS som sensorens strukturelle materiale og indlejring af sensorene i PDMS‑laget gør indlægssålen meget holdbar, så den kan modstå strækning, vridning og foldning.

Klik her for at lære om smarte tøj til bevægelsesoptagelse, der kan ændre sport & fysioterapi.

AI-drevet bevægelsesgenkendelse & bæredygtig strømløsning

Udover design og udvikling af CNT/ACET/PDMS tryksensorer havde det fuldt integrerede, trådløse smarte indlægssålesystem også to andre store resultater, som omfatter sikring af en bæredygtig strømforsyning og brug af AI til at indfange og præcist genkende bevægelsestilstande.

Teamet integrerede faktisk supportvektormaskine‑modellen (SVM) i det smarte indlægssålesystem for at klassificere og genkende forskellige menneskelige bevægelsestilstande.

Sammenlignet med dybe læringsmodeller giver denne maskinlæringsmodel fordele som hurtigere træningshastighed, uafhængighed af store datasæt, veldefinerede beslutningsgrænser og klare optimeringsmål, hvilket gør den velegnet til denne undersøgelse.

Modellen blev trænet på data indsamlet under otte forskellige bevægelsestilstande. Datasættet omfattede i alt 1275 mærkede prøver, hvoraf 80 % blev brugt til træning og resten til validering.

Når den var trænet, kunne SVM‑modellen kategorisere inputdataene og generere genkendelsesresultater, som undersøgelsen noterede at være 100 % for alle de trænede tilstande.

Ved brug af denne avancerede model var systemet i stand til at identificere otte forskellige bevægelsestilstande. Dette inkluderer statiske bevægelser som at sidde og stå, til mere dynamiske som at squat og løbe. Det dækker også enkeltbenstående, gang samt opstigning og nedstigning af trapper.

Sensorfordelingen fra tå til hæl muliggør desuden, at forskere kan se, hvordan trykket på forskellige dele af foden varierer ved forskellige aktiviteter, såsom gang versus løb.

På grund af de komplekse trykmønstre i tå- og hælområdet er der placeret flere sensorer der, mens færre (kun to) er i svangområdet. Denne designstrategi sikrer, at selv med et begrænset antal sensorer indfanges væsentlig fodtrykinformation effektivt.

Som forventet påføres tryk under gang sekventielt fra hælen til tæerne, i modsætning til løb, hvor næsten alle sensorer udsættes for tryk samtidigt. Derudover udgør trykpåføringstiden under gang kun omkring halvdelen af den samlede tid, og kun omkring en fjerdedel under løb.

Med hensyn til sikkerhed sikrer teamet, at deres enhed er lavrisiko ved at bruge fleksible og sikre materialer til indlægssålerne.

Til kontinuerlig brug har teamet installeret små lithiumbatterier, der driver den bærbare enhed. De fleksible perovskite‑solarmoduler (FPSMs) omdanner sollys til energi, som derefter lagres i disse batterier og muliggør en selvforsynende energikilde. Disse batterier, integreret i indlægssålens svangeområde for at øge komfort, bekvemmelighed og stabilitet, påvirker ikke brugerens daglige aktiviteter eller forårsager skade.

Mod personlig, forebyggende og forudsigende sundhedspleje

Når det gælder ydeevne, viste de smarte indlægssåler, som forskerne skabte, imponerende resultater. De udviste ingen mærkbar forringelse selv efter 180.000 kompressions‑ og dekompressionscyklusser, hvilket demonstrerer deres stabilitet og langtidsholdbarhed.

“Grænsefladen er fleksibel og ret tynd, så selv under gentagen deformation kan den forblive funktionel. Kombinationen af software og hardware betyder, at den ikke er så begrænset.”

– Li

Så med deres smarte indlægssåler sigter forskerne på at understøtte ganganalyse for at opdage tidlige abnormiteter forbundet med neurologiske tilstande, såsom Parkinsons sygdom, muskel‑ og skeletlidelser samt fodtryksrelaterede tilstande som diabetiske fodsår.

Systemets lave omkostninger, sammen med dets mekaniske robusthed og nemme fremstilling, muliggør tilpassede, ergonomiske designs til patienter med høje svang eller flade fødder.

Derudover gør brugen af AI i det nye system det muligt at levere sundhedspleje skræddersyet til hver enkelt persons specifikke behov og livsstil. Det betyder, at brugerne endda kan anvende den til at korrigere deres holdning, forebygge skader og overvåge rehabilitering.

Men det er ikke alt; forskerne mener også, at deres system kan tilpasses til bevægelsesoptimering, træthedsforudsigelse og tilpasset fitness‑træning i fremtiden. Undersøgelsen bemærkede:

“Samlet set fungerer den integrerede smarte indlægssål som en levedygtig løsning til at revolutionere næste generations sundhedsplejepraksis og internettet af ting. Konceptet, der involverer synergien mellem materialer, enheder, hardware og software, kan potentielt udvide sig til alternative felter og åbne spændende muligheder for digital interaktion mellem mennesker og verden.”

Hvis du nu spekulerer på, hvornår du kan få fat i disse wearables, forventer forskerne, at teknologien vil være kommercielt tilgængelig inden for de næste tre til fem år.

Indtil videre arbejder forskerne på yderligere at forbedre systemets evne til at genkende gestusser, hvilket vil kræve test på mere diverse befolkninger. Ifølge Li:

“Vi har så mange variationer blandt individer, så demonstrering og træning af disse fantastiske kapaciteter på forskellige befolkninger er noget, vi skal give yderligere opmærksomhed på.

Klik her for at lære om den nye smarte maske, der kan analysere åndedræt kondensat for sygdomme i realtid.

Innovative virksomheder

Nike Inc.

I verden af wearables har teknologigiganterne Apple (AAPL ) og Alphabet Inc. (GOOG ) (GOOGL ) opnået en betydelig markedsandel. Apple leder inden for bærbar sundhedsteknologi gennem sit Apple Watch, mens Google gør sig bemærket med fitness‑trackeren Fitbit.

Men i dag vil vi dække skofirmaet Nike, som konstant udvider sine digitale sundheds‑ og smarte beklædningsprodukter.

På wearables‑markedet har Nike gennem årene tilbudt flere produkter, herunder håndleds‑bårne enheder som sportsure og aktivitets‑tracker‑bånd.

Sidste sommer lancerede Nike sin selv‑snørende basketballsko Adapt BB, som navnet antyder, tilpasser sig formen på din fod i realtid for optimal fornemmelse. En specialdesignet motor og gearsystem i skoen registrerer rummet omkring din fod og justerer derefter for at give dig en tæt pasform.

Nike Adapt BB er et løbende opdateret præstationsprodukt, der leveres med en app og et avanceret kraft‑snøresystem. Virksomheden har valgt basketball som platform for skoens debut, med FitAdapt‑systemet, der i fremtiden vil blive anvendt på andre sports‑ og livsstilsprodukter, når det er finjusteret til at give optimal kvalitet i basketball.

Nike har også annonceret et partnerskab med genoprettelsesteknologileverandøren Hyperice for at udvikle teknologisk understøttede støvler kaldet Hyperboot. Målet med samarbejdet er at udvikle bærbar teknologi til at forbedre atletens præstation og restitution.

Disse batteridrevne high‑top sko er designet til at gavne både opvarmning og restitution. Støvlerne tilbyder varme‑ og dynamisk luft‑kompressionsmassage, som kan justeres op til tre niveauer blot ved at trykke på en knap på dem.

“Hyperboot hjælper med at gøre kroppen klar til aktivitet, uanset om du spiller for en titel eller står meget på arbejde.”

– Tobie Hatfield, senior director of Nike Athlete Innovation

Dette partnerskab arbejder også på en alsidig vest, der bruger termoelektriske kølere til at levere øjeblikkelig opvarmning og køling, så atleterne kan målrette mod miljøet, de ikke kan kontrollere. Sensorerne i de termiske moduler i vesten overvåger og opretholder autonomt kropstemperaturen.

Med en markedsværdi på 84,5 milliarder dollars handles Nike-aktier i øjeblikket til 57,23 $, ned 24,5 % år‑til‑dato. Den har en EPS (TTM) på 3,01, en P/E (TTM) på 19,04 og en ROE (TTM) på 31,93 %. Nike betaler også et udbytte på 2,80 %.

Med hensyn til virksomhedens økonomi rapporterede Nike i marts 2025 resultater for tredje kvartal, der sluttede den 28. februar 2025, hvor omsætningen var 11,3 milliarder dollars, et fald på 9 % i forhold til året før, mens bruttoavance faldt til 41,5 %, og den udvande indtjening pr. aktie var 0,54 $, hvilket var et fald på 30 %.

Kontanter og likvide midler samt kortfristede investeringer ved kvartalets slutning udgjorde 10,4 milliarder dollars, mens Nike returnerede 1,1 milliarder dollars til aktionærerne gennem 594 millioner dollars i udbytte og 499 millioner dollars i aktietilbagekøb.

“Det, der er opmuntrende, er at NIKE har gjort en forskel i dette kvartal ved at lede inden for sport gennem atlet‑historiefortælling, præstationsprodukter og store sportsøjeblikke. Driftsmiljøet er dynamisk, men det vigtigste for NIKE er at betjene atleter med ny produktinnovation og genoplive brandets momentum gennem sport.”

– CEO Elliott Hill

For fjerde kvartal forudser virksomheden et stejlere fald end forventet. Interessant nok kørte Nike i år sin første Super Bowl‑reklame i næsten tre årtier. Virksomheden står i øjeblikket over for truslen fra præsident Donald Trumps gensidige toldsatser, som påvirker forsyningskæden, især i Vietnam, Indonesien og Kina.
Klik her for at lære om den næste bølge af wearables.

Konklusion 

Med verdens befolkning, der hurtigt ældes, bliver opretholdelse af fysisk funktion og uafhængighed ekstremt vigtig for deres samlede velbefindende. Her er overvågning af gang nøglen til at levere en omkostningseffektiv måde at vurdere forskellige aldersrelaterede tilstande, der påvirker nervesystemet, og give værdifulde indsigter i sundheden og potentielle mobilitetsbegrænsninger for ældre generationer. Ganganalyse tilbyder også et lovende tidligt diagnostisk værktøj til at opdage abnormaliteter, før de bliver kroniske eller invaliderende.

Det nyeste selvforsynende system med sin realtids‑ganganalyse viser et enormt potentiale inden for forebyggende sundhed. Dets integration med AI og smartphone‑apps kan yderligere gøre holdningskorrektion, forebyggelse af skader og endda falddetektion tilgængelig for masserne, hvilket fremmer en sundere befolkning og fremtid!

Studier refereret:

1. Wang, Q., Guan, H., Wang, C., Lei, P., Sheng, H., Bi, H., Hu, J., Guo, C., Mao, Y., Yuan, J., Shao, M., Jin, Z., Li, J., & Lan, W. (2025). En trådløs, selvforsynet smart indlægssål til gangovervågning og genkendelse via ikke‑lineær synergistisk tryksensorik. Science Advances, 11(16). https://doi.org/10.1126/sciadv.adu1598