Informatique
Semelles intelligentes ouvrent la voie au futur du suivi de santé basé sur la marche
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L’une des activités que nous pratiquons quotidiennement est la marche. Bien que vous ne prêtiez pas beaucoup d’attention à votre façon de marcher ou à celle des autres, la démarche peut révéler beaucoup sur la santé.
Ceci est dû au fait que le système nerveux central participe au contrôle des mouvements de nos membres et au maintien de la posture lorsque le corps est en mouvement.
Les troubles du mouvement et de la marche résultent en réalité de lésions neurologiques, de troubles musculosquelettiques et de pathologies dégénératives. Traditionnellement, ces conditions sont diagnostiquées par les médecins à partir d’examens physiques et médicaux, l’analyse de la marche n’étant réalisée que dans les hôpitaux avancés et sur un nombre limité de patients.
De nombreux scientifiques soutiennent que l’analyse de la marche devrait être effectuée chez tous les patients à risque de ces maladies, ainsi que chez ceux nécessitant une rééducation à long terme. Cela a du sens pour plusieurs raisons.
Tout d’abord, environ 7 % de la population américaine souffrent de graves difficultés ambulatoires, qui désignent des problèmes de marche, de course, de déplacement ou de montée d’escaliers. Ces difficultés ambulatoires sont une caractéristique courante et importante de nombreux troubles neurocognitifs tels que la démence et la maladie de Parkinson (MP), qui sont en augmentation.
La MP, en particulier, entraîne des difficultés à contrôler les mouvements musculaires, se manifestant par une instabilité posturale et un gel de la marche. Un AVC provoque également des mouvements asymétriques des membres.
Il faut également considérer le coût énorme associé à ces maladies. Par exemple, les troubles du mouvement représentent environ 5 % du PIB américain. De nombreuses de ces maladies se caractérisent par une détérioration du contrôle moteur, comme une démarche irrégulière et des anomalies de la marche.
Ces changements dans les signes moteurs peuvent en réalité être détectés bien avant le diagnostic de la maladie et peuvent aider au traitement. Par exemple, dans la MP, au moment où les critères diagnostiques cliniques sont remplis, la majorité des neurones du patient s’est déjà dégénérée.
Il est donc clairement nécessaire de surveiller la démarche et la pression plantaire lors des activités quotidiennes afin de faciliter la détection précoce de divers troubles, permettant une intervention précoce qui peut potentiellement prévenir et ralentir la progression de la maladie.
Identifier les irrégularités de la marche à un stade précoce permet en outre aux professionnels de santé d’adopter des approches thérapeutiques personnalisées et d’améliorer les résultats globaux des patients.
En plus du diagnostic et de la prise en charge de conditions spécifiques, l’analyse de la marche chez les personnes âgées offre une méthode non invasive et économique pour maintenir la santé globale et l’indépendance.
Voici que des technologies telles que les smartphones, les capteurs et les tissus sensoriels figurent parmi les options à faible coût et facilement disponibles pour surveiller les activités des individus. Les appareils portables constituent un autre outil important qui peut jouer un rôle crucial, offrant une surveillance quotidienne de la marche.
En particulier, l’intégration de capteurs dans les chaussures pour créer des dispositifs électroniques portables offre une stratégie prometteuse qui surmonte le problème des plateformes de détection de pression actuellement utilisées en pratique médicale pour mesurer la distribution de la pression plantaire.
L’utilisation de ces plateformes est limitée par des contraintes de temps et d’espace. Une nouvelle étude a donc construit un système de semelle intelligente sans fil pour la surveillance spatiale de la pression plantaire, qui correspond à la distribution de la force sur la plante du pied lors d’activités de port de poids, comme la marche. Ce système entièrement intégré et auto‑alimenté permet la visualisation de la démarche en temps réel dans plusieurs modes.
Surveillance en temps réel de la démarche grâce à un réseau de capteurs intégré
Des chercheurs de l’Université d’État de l’Ohio ont conçu une nouvelle semelle intelligente portable qui surveille en temps réel comment vous vous tenez, marchez et courez. Ce système peut aider les utilisateurs non seulement à améliorer leur posture, mais aussi à fournir des alertes précoces pour des affections allant de la fasciite plantaire simple, cause fréquente de douleurs au talon, à des conditions plus graves comme la maladie de Parkinson.
Ce dispositif portable a été construit en utilisant vingt‑deux petits capteurs de pression (CNT/ACET/PDMS) et, sur le dessus des chaussures, de petits panneaux solaires ont été utilisés pour l’alimentation.
Afin d’alimenter l’ensemble du système de manière efficace et durable, une cellule solaire pérovskite flexible (FPSC) a été conçue avec une haute densité de puissance, un rendement de conversion élevé et une flexibilité suffisante pour résister aux contraintes mécaniques lors de l’utilisation.
Le système offre un suivi de santé en temps réel basé sur la façon dont une personne marche, un processus aussi unique que leurs empreintes digitales.
Les données de détection de pression sont ensuite collectées et transmises via Bluetooth à un smartphone pour une analyse rapide et détaillée. Les données sont transmises en temps réel, ce qui permet à l’utilisateur de visualiser la distribution de la pression plantaire dans trois modes différents sur l’application smartphone.
« Nos corps contiennent de nombreuses informations utiles dont nous ne sommes même pas conscients. Ces états évoluent également avec le temps, c’est pourquoi notre objectif est d’utiliser l’électronique pour extraire et décoder ces signaux afin d’encourager de meilleurs contrôles de santé autonomes. »
Il s’agit, bien sûr, pas de la première tentative de ce type, qui a suscité un intérêt croissant ces dernières années. Cependant, les prototypes précédents étaient confrontés à des limitations d’énergie faibles et à des performances instables.
Ainsi, l’équipe doit s’assurer que leur dispositif portable est durable, peut fournir une alimentation constante et fiable, et peut collecter et analyser les données avec un haut degré de précision.
« Notre dispositif est innovant en termes de haute résolution, de détection spatiale, d’autonomie énergétique et de capacité à se combiner avec des algorithmes d’apprentissage automatique. Nous estimons donc que cette recherche peut aller plus loin grâce aux succès pionniers de ce domaine. »
– L’auteur principal de l’étude, Qi Wang, doctorant en science et génie des matériaux à l’Ohio State
Publié dans la revue Science Advances1, l’étude détaille le développement du système intelligent entièrement auto‑alimenté.
La semelle présentée est composée de couches d’encapsulation en polyimide (PI), d’électrodes, de nanotubes de carbone/noir d’acétylène/polydiméthylsiloxane (CNT/ACET/PDMS), et d’une couche de PDMS. Le PDMS est en fait reconnu pour sa biocompatibilité, sa flexibilité et sa capacité à être moulé en diverses formes.
Les capteurs sont densément intégrés dans la couche de PDMS, où ils convertissent les signaux de pression en signaux électriques. Les signaux sont collectés par le convertisseur analogique-numérique (ADC) sur le circuit imprimé (PCB) et transmis à un appareil mobile.
L’utilisation du PDMS comme matériau structural des capteurs et l’intégration des capteurs dans la couche de PDMS permettent à la semelle d’être très durable, lui conférant la capacité de résister à l’étirement, à la torsion et au pliage.
Reconnaissance de mouvement pilotée par IA & solution d’alimentation durable
Outre la conception et le développement des capteurs de pression CNT/ACET/PDMS, le système de semelle intelligente sans fil entièrement intégré a également réalisé deux autres avancées majeures, à savoir assurer une alimentation durable et utiliser l’IA pour capturer et reconnaître avec précision les états de mouvement.
L’équipe a effectivement intégré le modèle d’apprentissage à vecteurs de support (SVM) dans le système de semelle intelligente afin de classer et reconnaître différents états de mouvement humain.
Comparé aux modèles d’apprentissage profond, ce modèle d’apprentissage automatique offre les avantages d’une vitesse d’entraînement plus rapide, d’une indépendance vis‑à‑vis de grands ensembles de données, de frontières de décision bien définies et d’objectifs d’optimisation clairs, le rendant bien adapté à cette étude.
Le modèle a été entraîné sur des données collectées sous huit états de mouvement différents. L’ensemble de données comprenait un total de 1 275 échantillons étiquetés, dont 80 % ont été utilisés pour l’entraînement et le reste pour la validation.
Une fois entraîné, le modèle SVM pouvait catégoriser les données d’entrée et générer des résultats de reconnaissance, que l’étude a notés à 100 % pour tous les états entraînés.
Grâce à ce modèle avancé, le système a pu identifier huit états de mouvement différents. Cela comprend des mouvements statiques tels que s’asseoir et se tenir debout, ainsi que des mouvements plus dynamiques comme s’accroupir et courir. Il couvre également le maintien sur une jambe, la marche, ainsi que la montée et la descente d’escaliers.
La répartition des capteurs de l’orteil au talon permet, quant à elle, aux chercheurs de voir comment la pression sur différentes parties du pied varie selon les activités, comme la marche versus la course.
En raison des schémas de pression complexes observés dans les zones de l’orteil et du talon, un plus grand nombre de capteurs y est placé, tandis que moins (seulement deux) se trouvent dans la zone de la voûte plantaire. Cette stratégie de conception garantit que même avec un nombre limité de capteurs, les informations essentielles sur la pression du pied sont capturées efficacement.
Comme on peut s’y attendre, lors de la marche, la pression est appliquée séquentiellement du talon vers les orteils, contrairement à la course où presque tous les capteurs sont soumis à la pression simultanément. De plus, le temps d’application de la pression pendant la marche ne représente qu’environ la moitié du temps total, et seulement un quart pendant la course.
En ce qui concerne la sécurité, l’équipe veille à ce que leur dispositif présente un faible risque en utilisant des matériaux flexibles et sûrs pour les semelles.
Pour une utilisation continue, l’équipe a installé de petites batteries lithium qui alimentent le système portable. Les modules solaires pérovskites flexibles (FPSM) convertissent la lumière du soleil en énergie, qui est ensuite stockée dans ces batteries, permettant une alimentation autonome. Ces batteries, intégrées dans la zone de la voûte de la semelle pour améliorer le confort, la commodité et la stabilité, n’affectent pas les activités quotidiennes de l’utilisateur et ne causent aucun dommage.
Vers des soins de santé personnalisés, préventifs et prédictifs
En termes de performance, les semelles intelligentes créées par les chercheurs ont montré des résultats impressionnants. Elles n’ont subi aucune détérioration notable même après 180 000 cycles de compression et de décompression, ce qui démontre leur stabilité et leur durabilité à long terme.
« L’interface est flexible et assez fine, de sorte que même lors de déformations répétées, elle reste fonctionnelle. La combinaison du logiciel et du matériel signifie qu’elle n’est pas aussi limitée. »
– Li
Ainsi, avec leurs semelles intelligentes, les chercheurs visent à soutenir l’analyse de la démarche afin de détecter tôt les anomalies associées à des affections neurologiques, telles que la maladie de Parkinson, les troubles musculosquelettiques et les conditions liées à la pression plantaire comme les ulcères du pied diabétique.
Le faible coût du système, ainsi que sa robustesse mécanique et sa facilité de fabrication, permettent des conceptions personnalisées et ergonomiques pour les patients ayant des arches hautes ou des pieds plats.
De plus, l’utilisation de l’IA dans le nouveau système rend possible la fourniture de soins de santé adaptés aux besoins et au mode de vie spécifiques de chaque individu. Cela signifie que les porteurs peuvent même l’utiliser pour corriger leur posture, prévenir les blessures et surveiller la rééducation.
Mais ce n’est pas tout ; les chercheurs croient également que leur système peut être adapté à l’optimisation du mouvement, à la prédiction de la fatigue et à l’entraînement physique personnalisé à l’avenir. L’étude a noté :
« Dans l’ensemble, la semelle intelligente intégrée constitue une solution viable pour révolutionner les pratiques de soins de santé de prochaine génération et l’internet des objets. Le concept impliquant la synergie des matériaux, des dispositifs, du matériel et des logiciels peut potentiellement s’étendre à d’autres domaines, ouvrant des opportunités passionnantes d’interaction numérique entre les humains et le monde. »
Maintenant, si vous vous demandez quand vous pourrez mettre la main sur ces dispositifs portables, les chercheurs prévoient que la technologie sera commercialement disponible d’ici trois à cinq ans.
Pour l’instant, les chercheurs travaillent à améliorer davantage la capacité de leur système à reconnaître les gestes, ce qui nécessiterait des tests sur des populations plus diversifiées. Selon Li :
« Nous avons tant de variations entre les individus, donc démontrer et entraîner ces capacités fantastiques sur différentes populations est quelque chose auquel nous devons accorder davantage d’attention. »
Entreprises innovantes
Nike Inc.
Dans le monde des appareils portables, les géants technologiques Apple (AAPL ) et Alphabet Inc. (GOOG ) (GOOGL ) ont capturé une part de marché significative. Apple est leader dans la technologie de santé portable grâce à son Apple Watch, tandis que Google se fait remarquer avec le tracker de fitness Fitbit.
Mais aujourd’hui, nous allons parler du géant de la chaussure Nike, qui a constamment élargi ses offres de santé numérique et de vêtements intelligents.
Sur le marché des appareils portables, Nike a proposé plusieurs produits au fil des ans, y compris des dispositifs portés au poignet comme des montres sportives et des bracelets de suivi d’activité.
L’été dernier, Nike a lancé sa chaussure de basket à laçage automatique Adapt BB, qui, comme son nom l’indique, s’adapte en temps réel à la forme de votre pied pour une sensation optimale. Un moteur personnalisé et un train d’engrenages dans la chaussure détectent l’espace autour du pied et ajustent ensuite la chaussure pour offrir un ajustement serré.
Nike Adapt BB est un produit de performance continuellement mis à jour qui s’accompagne d’une application et d’un système de laçage motorisé avancé. L’entreprise a choisi le basket comme terrain de lancement de la chaussure, le système FitAdapt devant être appliqué à d’autres sports et produits de style de vie à l’avenir une fois qu’il sera affiné pour offrir un ajustement de qualité optimale au basket.
Nike a également annoncé un partenariat avec le fournisseur de technologie de récupération Hyperice pour développer des bottes technologiques appelées Hyperboot. Le but de cette collaboration est de développer une technologie portable pour l’athlète afin d’améliorer ses performances et sa récupération.
Ces chaussures montantes alimentées par batterie sont conçues pour profiter à la fois à l’échauffement et à la récupération. Les bottes offrent un massage thermique et de compression d’air dynamique, qui peut être réglé jusqu’à trois niveaux simplement en appuyant sur un bouton.
« L’Hyperboot aide le corps à se préparer à l’activité, que vous jouiez pour un titre ou que vous soyez souvent debout au travail. »
– Tobie Hatfield, directeur principal de Nike Athlete Innovation
Ce partenariat travaille également sur un gilet polyvalent qui utilise des refroidisseurs thermoélectriques pour fournir un chauffage et un refroidissement instantanés, permettant aux athlètes de cibler l’environnement qu’ils ne peuvent pas contrôler. Les capteurs des modules thermiques du gilet surveillent et maintiennent de façon autonome la température corporelle.
NVDA Graphique du prix
Avec une capitalisation boursière de 84,5 milliards de dollars, les actions Nike se négocient actuellement à 57,23 $, en baisse de 24,5 % depuis le début de l’année. Elle affiche un BPA (TTM) de 3,01, un PER (TTM) de 19,04 et un ROE (TTM) de 31,93 %. Nike verse également un rendement de dividende de 2,80 %.
En ce qui concerne les finances de l’entreprise, en mars 2025, Nike a publié les résultats du troisième trimestre qui s’est terminé le 28 février 2025, au cours duquel elle a réalisé un chiffre d’affaires de 11,3 milliards de dollars, en baisse de 9 % par rapport à l’année précédente, tandis que la marge brute a diminué à 41,5 % et le bénéfice net dilué par action s’est établi à 0,54 $, soit une diminution de 30 %.
Les liquidités et équivalents ainsi que les placements à court terme à la fin du trimestre s’élevaient à 10,4 milliards de dollars, tandis que Nike a restitué 1,1 milliard de dollars aux actionnaires via 594 millions de dollars de dividendes et 499 millions de dollars de rachats d’actions.
« Ce qui est encourageant, c’est que NIKE a eu un impact ce trimestre, en menant le sport grâce aux récits d’athlètes, aux produits de performance et aux grands moments sportifs. L’environnement opérationnel est dynamique, mais ce qui compte le plus pour NIKE, c’est de servir les athlètes avec de nouvelles innovations produit et de raviver l’élan de la marque grâce au sport. »
– CEO Elliott Hill
Pour le quatrième trimestre, l’entreprise prévoit un déclin plus prononcé que prévu. Fait intéressant, cette année, Nike a diffusé sa première publicité du Super Bowl depuis près de trois décennies. L’entreprise fait actuellement face à la menace des tarifs réciproques du président Donald Trump, qui affectent sa chaîne d’approvisionnement, notamment au Vietnam, en Indonésie et en Chine.
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Conclusion
Avec le vieillissement rapide de la population mondiale, le maintien de la fonction physique et de l’indépendance devient extrêmement important pour le bien‑être global. Ici, la surveillance de la démarche est essentielle pour fournir une méthode économique d’évaluation des diverses affections liées à l’âge affectant le système neurologique et offrir des informations précieuses sur la santé et les éventuelles limitations de mobilité des générations plus âgées. L’analyse de la démarche constitue également un outil de diagnostic précoce prometteur pour détecter les anomalies avant qu’elles ne deviennent chroniques ou invalidantes.
Le dernier système auto‑alimenté avec son analyse de la démarche en temps réel montre un énorme potentiel en matière de santé préventive. Son intégration avec l’IA et les applications mobiles pourrait en outre rendre la correction de posture, la prévention des blessures et même la détection des chutes accessibles à tous, favorisant une population plus saine et un avenir meilleur !
Études référencées :
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
