Έξυπνα Πεντάλ Ανοίγουν το Μέλλον της Παρακολούθησης Υγείας Βασισμένης στην Περπάτημα

Μία από τις δραστηριότητες που όλοι κάνουμε καθημερινά είναι το περπάτημα. Αν και ίσως δεν δίνετε πολύ προσοχή στον τρόπο που περπατάτε εσείς ή οι άλλοι, ο τρόπος βάδισής τους μπορεί να αποκαλύψει πολλά για την υγεία τους.

Αυτό συμβαίνει επειδή το κεντρικό νευρικό σύστημα συμμετέχει στον έλεγχο της κίνησης των άκρων μας και στη διατήρηση της στάσης του σώματος ενώ κινείται.

Η μειωμένη κίνηση και το περπάτημα είναι στην πραγματικότητα αποτέλεσμα νευρολογικής βλάβης, μυοσκελετικών διαταραχών και εκφυλιστικών παθολογιών. Παραδοσιακά, αυτές οι καταστάσεις διαγιγνώσκονται από γιατρούς βάσει φυσικών και ιατρικών εξετάσεων, με την ανάλυση του βηματικού μοτίβου να πραγματοποιείται μόνο σε προχωρημένα νοσοκομεία και σε περιορισμένο αριθμό ασθενών.

Πολλοί επιστήμονες υποστηρίζουν ότι η ανάλυση του βηματικού μοτίβου θα έπρεπε να γίνεται σε όλους τους ασθενείς που διατρέχουν κίνδυνο αυτών των ασθενειών, καθώς και σε εκείνους που απαιτούν μακροπρόθεσμη αποκατάσταση. Αυτό έχει λογική για πολλούς λόγους.

Για παράδειγμα, περίπου το 7 % του πληθυσμού των ΗΠΑ υποφέρει από σοβαρές δυσκολίες κινητικότητας, που αναφέρονται σε προβλήματα με το περπάτημα, το τρέξιμο, την κίνηση ή την ανάβαση σκάλας. Αυτές οι δυσκολίες κινητικότητας είναι ένα κοινό και σημαντικό χαρακτηριστικό πολλών νευροσυνδετικών διαταραχών όπως η άνοια και η νόσος του Πάρκινσον (PD), που αυξάνονται.

Η PD, ειδικά, οδηγεί σε προβλήματα ελέγχου της μυϊκής κίνησης, που εκδηλώνονται ως ασταθής στάση και παγωματική κίνηση. Το εγκεφαλικό επίσης προκαλεί ασύμμετρες κινήσεις των άκρων.

Στη συνέχεια υπάρχει το τεράστιο κόστος που συνδέεται με αυτές τις ασθένειες. Για παράδειγμα, οι διαταραχές κίνησης κοστίζουν περίπου το 5 % του ΑΕΠ των ΗΠΑ. Πολλές από αυτές τις ασθένειες ορίζονται από τη μείωση του ελέγχου της κίνησης, όπως η ανώμαλη βάδισμα και η ακανόνιστη κίνηση.

Αυτές οι αλλαγές στα κινητικά σημάδια μπορούν να εντοπιστούν πολύ πριν τη διάγνωση της ασθένειας και μπορούν να βοηθήσουν στη θεραπεία. Για παράδειγμα, στην PD, όταν πληρούνται τα κλινικά κριτήρια διάγνωσης, η πλειονότητα των νευρώνων του ασθενούς έχει ήδη υποστεί εκφυλισμό.

Έτσι, υπάρχει σαφής ανάγκη για παρακολούθηση του βηματικού μοτίβου και της πίεσης του πέλματος κατά τις καθημερινές δραστηριότητες, ώστε να βοηθήσει στην έγκαιρη ανίχνευση διαφόρων διαταραχών, επιτρέποντας πρώιμη παρέμβαση που μπορεί να αποτρέψει και να επιβραδύνει την πρόοδο της ασθένειας.

Η έγκαιρη ταυτοποίηση ανωμαλιών του βηματικού μοτίβου επιτρέπει στους επαγγελματίες υγείας να εφαρμόσουν εξατομικευμένες θεραπευτικές προσεγγίσεις και να βελτιώσουν τα συνολικά αποτελέσματα των ασθενών.

Εκτός από τη διάγνωση και τη διαχείριση συγκεκριμένων καταστάσεων, η ανάλυση του βηματικού μοτίβου στον ηλικιωμένο πληθυσμό προσφέρει μια μη επεμβατική και οικονομικά αποδοτική μέθοδο για τη διατήρηση της συνολικής υγείας και της ανεξαρτησίας.

Εδώ, τεχνολογίες όπως τα smartphones, οι αισθητήρες και τα υφάσματα με δυνατότητα ανίχνευσης είναι μερικές από τις χαμηλού κόστους και εύκολα διαθέσιμες επιλογές για την παρακολούθηση των δραστηριοτήτων των ατόμων. Οι φορητές συσκευές είναι ένα ακόμη σημαντικό εργαλείο που μπορεί να διαδραματίσει κρίσιμο ρόλο, παρέχοντας καθημερινή παρακολούθηση του περπατήματος.

Συγκεκριμένα, η ενσωμάτωση αισθητήρων στα παπούτσια για τη δημιουργία φορητών ηλεκτρονικών συσκευών προσφέρει μια πολλά υποσχόμενη στρατηγική που ξεπερνά το πρόβλημα των πλατφορμών πίεσης που χρησιμοποιούνται σήμερα στην ιατρική πρακτική για τη μέτρηση της κατανομής της πίεσης του πέλματος.

Η χρήση αυτών των πλατφορμών περιορίζεται από χρονικούς και χωρικούς περιορισμούς. Έτσι, μια νέα μελέτη δημιούργησε ένα έξυπνο ασύρματο σύστημα εντόμου που παρακολουθεί χωρικά την πίεση του πέλματος, η οποία αναφέρεται στην κατανομή της δύναμης κατά μήκος της σόλας κατά τις δραστηριότητες που απαιτούν στήριξη βάρους, όπως το περπάτημα. Αυτό το πλήρως ενσωματωμένο, αυτόνομο σύστημα επιτρέπει την οπτικοποίηση του βηματικού μοτίβου σε πραγματικό χρόνο σε πολλαπλές λειτουργίες.

Real-Time Gait Monitoring Through Integrated Sensor Network

Ερευνητές από το Πανεπιστήμιο του Ohio State έχουν σχεδιάσει ένα νέο φορητό έξυπνο εντόμιο που παρακολουθεί πώς στέκεστε, περπατάτε και τρέχετε σε πραγματικό χρόνο. Αυτό το σύστημα μπορεί να βοηθήσει τους χρήστες όχι μόνο να βελτιώσουν τη στάση τους, αλλά και να παρέχει πρώιμες προειδοποιήσεις για καταστάσεις που κυμαίνονται από απλή παρονεϊκή φασκίτιδα, μια κοινή αιτία πόνου στην πτέρνα, έως πιο σοβαρές παθήσεις όπως η νόσος του Πάρκινσον.

Αυτή η φορητή συσκευή κατασκευάστηκε χρησιμοποιώντας είκοσι δύο μικρούς (CNT/ACET/PDMS) αισθητήρες πίεσης και στα πάνω μέρη των παπουτσιών, μικρές ηλιακές κυψέλες χρησιμοποιήθηκαν για την τροφοδοσία.

Για να τροφοδοτήσει ολόκληρο το σύστημα αποτελεσματικά και βιώσιμα, σχεδιάστηκε μια ευέλικτη ηλιακή κυψέλη περοβσκίτη (FPSC) με υψηλή πυκνότητα ισχύος, υψηλή απόδοση μετατροπής ενέργειας και επαρκή ευελιξία ώστε να αντέχει σε μηχανικές καταπονήσεις κατά τη χρήση.

Το σύστημα προσφέρει παρακολούθηση υγείας σε πραγματικό χρόνο βάσει του τρόπου που περπατά ένα άτομο, μια διαδικασία τόσο μοναδική όσο τα δακτυλικά αποτυπώματα.

Τα δεδομένα των αισθητήρων πίεσης συλλέγονται και μεταδίδονται μέσω Bluetooth σε ένα smartphone για γρήγορη και λεπτομερή ανάλυση. Η μετάδοση γίνεται σε πραγματικό χρόνο, επιτρέποντας στον χρήστη να οπτικοποιήσει την κατανομή της πίεσης του πέλματος σε τρεις διαφορετικές λειτουργίες στην εφαρμογή του smartphone.

According to study co-author Jinghua Li, who’s an assistant professor of materials science and engineering at Ohio State:

“Our bodies carry lots of useful information that we’re not even aware of. These statuses also change over time, so it’s our goal to use electronics to extract and decode those signals to encourage better self health care checks.”

This is, of course, not the first such attempt at a wearable, which has seen increased interest in the last few years. Previous prototypes, however, faced low energy limitations and unstable performance. 
So, the team has to ensure that their wearable is durable, can provide consistent and reliable power, and can collect and analyze data with a high degree of accuracy. 

“Our device is innovative in terms of high resolution, spatial sensing, self-powering capability, and its ability to combine with machine learning algorithms. So we feel like this research can go further based on the pioneering successes of this field.”

– The study’s lead author Qi Wang, who’s a PhD student in materials science and engineering at Ohio State

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

The insole here is made up of polyimide (PI) encapsulation layers, electrodes, carbon nanotube/acetylene black/polydimethylsiloxane (CNT/ACET/PDMS), and a PDMS layer. PDMS is actually known for its biocompatibility, flexibility, and ability to be molded into various shapes. 

The sensors are densely integrated into the PDMS layer, where they convert pressure signals into electrical signals. The signals are collected by the analog-to-digital converter (ADC) on the printed circuit board (PCB) and transmitted to a mobile device. 

The use of PDMS as the sensor structural material and embedding the sensors into the PDMS layer allows the insole to be highly durable, giving it the ability to withstand stretching, twisting, and folding.

Click here to learn about smart clothes for motion capture that can change sport & physiotherapy.

AI-Driven Motion Recognition & Sustainable Power Solution

Besides the design and development of CNT/ACET/PDMS pressure sensors, the fully integrated, wireless smart insole system also had two other major achievements, which include ensuring a sustainable power supply and the use of AI to capture and accurately recognize motion states. 

The team actually incorporated the support vector machine (SVM) learning model into the smart insole system to classify and recognize different human motion states.

Compared to deep learning models, this machine learning model offers the benefits of faster training speed, independence from large datasets, well-defined decision boundaries, and clear optimization objectives, making it well-suited for this study. 

The model was trained on data collected under eight different motion states. The dataset included a total of 1275 labeled samples, of which 80% were used for training and the rest for validation.

Once trained, the SVM model could categorize the input data and generate recognition results, which the study noted to be 100% for all the trained states.

Using this advanced model, the system was able to identify eight different motion states. This includes static movements such as sitting and standing, to more dynamic ones like squatting and running. It also covers single-leg standing, walking, and ascending and descending stairs.

The distribution of sensors from toe to heel, meanwhile, enables researchers to see just how the pressure on parts of the foot is different with different activities, such as walking versus running.

Because of the complex pressure patterns seen in the toe and heel regions, a greater number of sensors are placed there, while fewer (only two) are in the arch area. This design strategy ensures that even with limited sensors, essential foot pressure information is effectively captured. 

As you would expect, during walking, pressure is applied sequentially from the heel to the toes, in contrast to running, where almost all sensors are subjected to pressure simultaneously. Additionally, the pressure application time during waking accounts for only about half of the total time, and only about a quarter of it during running.

As for safety, the team ensures that their device is low-risk by using flexible and safe materials for the insoles. 

For continuous use, the team has installed tiny lithium batteries that power the wearable system. The flexible perovskite solar modules (FPSMs) convert sunlight into energy, which then gets stored in these batteries, enabling a self-sufficient energy supply. These batteries, integrated into the insole’s arch area to enhance comfort, convenience, and stability, do not affect the user’s daily activities or cause any harm.

Toward Personalized, Preventive, & Predictive Healthcare

When it comes to performance, the smart insoles created by the researchers showed impressive results. They suffered no notable deterioration even after 180,000 cycles of compression and decompression, which demonstrates their stability and long-term durability.

“The interface is flexible and quite thin, so even during repetitive deformation, it can remain functional. The combination of the software and hardware means it isn’t as limited.”

– Li

So, with their smart insoles, the researchers aim to support gait analysis to detect early abnormalities associated with neurological conditions, such as Parkinson’s disease, musculoskeletal disorders, and foot pressure-related conditions like diabetic foot ulcers.

The system’s low cost, along with its mechanical robustness and ease of fabrication, allows for customized, ergonomic designs for patients with high arches or flat feet.

Additionally, the use of AI in the new system makes it possible to provide healthcare tailored to each individual’s specific needs and lifestyle. This means wearers can even use it to correct their posture, prevent injuries, and monitor rehabilitation. 

But this isn’t all; researchers also believe that their system can be adapted for motion optimization, fatigue prediction, and customized fitness training in the future. The study noted:

“Overall, the integrated smart insole serves as a viable solution to revolutionizing next-generation health care practices and the internet of things. The concept involving the synergy of materials, devices, hardware, and software can potentially expand to alternative fields, opening exciting opportunities for digital interaction between humans and the world.”

Now, if you’re wondering when you can get your hands on these wearables, researchers expect the technology to be commercially available within the next three to five years.

For now, the researchers are working on further improving their system’s ability to recognize gestures, which would require testing on more diverse populations. According to Li:

“We have so many variations among individuals, so demonstrating and training these fantastic capabilities on different populations is something we need to give further attention to.

Click here to learn about the new smart mask that can analyze breath condensate for illnesses in real-time.

Innovative Companies

Nike Inc.

In the world of wearables, tech giants Apple (AAPL ) and Alphabet Inc. (GOOG ) (GOOGL ) have captured a significant market share. Apple is leading in wearable health tech through its Apple Watch, while Google is making its mark with the fitness tracker Fitbit.

But today, we’ll cover the footwear giant Nike, which has been constantly expanding its digital health and smart apparel offerings. 

In the wearables market, Nike has offered multiple products over the years, including wrist-worn devices like sports watches and activity tracker bands.

Last summer, Nike launched its self-lacing basketball shoe Adapt BB, which, as the name suggests, adapts itself to the shape of your foot in real time for the optimal feel. A custom motor and gear train in the shoe senses space around your foot and subsequently adjusts to provide you with a snug fit.

Nike Adapt BB is a continually updated performance product that comes with an app and an advanced power-lacing system. The company has chosen basketball as the spot for its shoe debut, with the FitAdapt system to be applied to other sports and lifestyle products in the future once it is honed to provide the optimal quality fit in basketball.

Nike has also announced a partnership with recovery technology provider Hyperice to develop tech-enabled boots called the Hyperboot. The aim of the collaboration is to develop wearable technology for the athlete to enhance their performance and recovery.

These battery-powered high-top shoes are designed to benefit both warm-up and recovery. The boots offer heat and dynamic air-compression massage, which can be adjusted up to three levels just by pressing a button on them.

“The Hyperboot helps get the body ready for activity, whether you’re playing for a title or you’re on your feet a lot at work.”

– Tobie Hatfield, senior director of Nike Athlete Innovation

This partnership is also working on a versatile vest that uses thermoelectric coolers to deliver instant heating and cooling, allowing the athletes to target the environment that they can’t control. The sensors of the thermal modules in the vest autonomously monitor and maintain body temperature.

With a market cap of $84.5 billion, Nike shares are currently trading at $57.23, down 24.5% YTD. It has an EPS (TTM) of 3.01, a P/E (TTM) of 19.04, and an ROE (TTM) of 31.93%. Nike also pays a dividend yield of 2.80%.

As for company financials, in Μάρτιος 2025, Nike reported results for the third quarter that ended 28 Φεβρουαρίου 2025, during which it had $11.3 billion in revenue, a decline of 9% from the previous year while gross margin decreased to 41.5%, and diluted earnings per share came in at $0.54, which was a decrease of 30%.

Cash and equivalents and short-term investments at the end of the quarter were $10.4 billion, while Nike returned $1.1 billion to shareholders through $594 million in dividends and $499 million in share repurchases.

“What’s encouraging is NIKE made an impact this quarter, leading with sport through athlete storytelling, performance products, and big sport moments. The operating environment is dynamic, but what matters most for NIKE is serving athletes with new product innovation and re-igniting brand momentum through sport.”

– CEO Elliott Hill

For the fourth quarter, the company is forecasting a steeper decline than expected. Interestingly, this year, Nike ran its first Super Bowl ad in close to three decades. The company is currently facing the threat of President Donald Trump’s reciprocal tariffs, which affect its supply chain, particularly in Vietnam, Indonesia, and China.
Click here to learn about the next wave of wearables.

Conclusion 

With the world’s population rapidly aging, maintaining physical function and independence becomes extremely important to their overall well-being. Here, monitoring gait is key to providing a cost-effective way to assess various age-related conditions affecting the neurological system and offering valuable insights into the health and potential mobility limitations of older generations. Gait analysis also offers a promising early diagnostic tool to detect abnormalities before they become chronic or debilitating.

The latest self-powered system with its real-time gait analysis showcases huge potential in preventive health. Its integration with AI and smartphone apps could further make posture correction, injury prevention, and even fall detection accessible to the masses, promoting a healthier population and future!

Studies Referenced:

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). A wireless, self-powered smart insole for gait monitoring and recognition via nonlinear synergistic pressure sensing. Science Advances, 11(16). https://doi.org/10.1126/sciadv.adu1598