Slimme Inlegzolen Ontgrendelen de Toekomst van Op Loopanalyse Gebaseerde Gezondheidsmonitoring

Een van de activiteiten die we allemaal dagelijks doen, is lopen. Hoewel je misschien niet veel aandacht besteedt aan de manier waarop jij of iemand anders loopt, kan hun gang veel over hun gezondheid vertellen.

Dit komt doordat het centrale zenuwstelsel betrokken is bij het controleren van de beweging van onze ledematen en het behouden van de houding terwijl het lichaam in beweging is.

Beperkte beweging en lopen zijn eigenlijk het gevolg van neurologische schade, musculoskeletale aandoeningen en degeneratieve pathologieën. Traditioneel worden deze aandoeningen door artsen gediagnosticeerd op basis van fysieke en medische onderzoeken, waarbij ganganalyse alleen wordt uitgevoerd in geavanceerde ziekenhuizen en bij een beperkt aantal patiënten.

Veel wetenschappers beweren dat ganganalyse op alle patiënten met risico op deze ziekten moet worden uitgevoerd, evenals bij degenen die langdurige revalidatie nodig hebben. Dit is om verschillende redenen logisch.

Ten eerste lijdt ongeveer 7% van de Amerikaanse bevolking aan ernstige mobiliteitsproblemen, die verwijzen naar problemen met lopen, rennen, zich verplaatsen of trappen op- en aflopen. Deze mobiliteitsproblemen zijn een veelvoorkomend en belangrijk kenmerk van vele neurocognitieve aandoeningen zoals dementie en de ziekte van Parkinson (PD), die in opkomst zijn.

PD leidt met name tot moeite met het controleren van spierbewegingen, wat zich uit in posturale instabiliteit en bevriezing van de gang. Een beroerte veroorzaakt ook asymmetrische ledemaatbewegingen.

Daarbij komt de enorme kostenlast die aan deze ziekten verbonden is. Bijvoorbeeld, bewegingsstoornissen kosten naar schatting 5% van het BBP van de VS. En veel van deze ziekten worden gekenmerkt door afnemende motorische controle, zoals een ongelijke gang en onregelmatigheden in het lopen.

Deze veranderingen in motorische signalen kunnen al lang vóór de diagnose van de ziekte worden gedetecteerd en kunnen helpen bij de behandeling. Bijvoorbeeld, bij PD zijn tegen de tijd dat aan de klinische diagnostische criteria wordt voldaan, de meeste neuronen van de patiënt al gedegradeerd.

Er is dus duidelijk behoefte aan het monitoren van gang en plantaire druk tijdens dagelijkse activiteiten om vroegtijdige detectie van verschillende aandoeningen mogelijk te maken, waardoor vroegtijdige interventie kan worden geboden die potentieel de ziekteprogressie kan voorkomen en vertragen.

Het vroegtijdig identificeren van gangirregulariteiten stelt zorgprofessionals in staat gepersonaliseerde therapeutische benaderingen te hanteren en de algehele uitkomsten voor patiënten te verbeteren.

Naast het diagnosticeren en beheren van specifieke aandoeningen biedt ganganalyse bij de oudere bevolking een niet-invasieve en kosteneffectieve methode om de algehele gezondheid en onafhankelijkheid te behouden.

Hier zijn technologieën zoals smartphones, sensoren en sensorische stoffen enkele van de goedkope en gemakkelijk beschikbare opties voor het monitoren van de activiteiten van individuen. Draagbare apparaten zijn een ander belangrijk hulpmiddel dat een cruciale rol kan spelen door dagelijkse bewaking van het lopen te bieden.

In het bijzonder biedt het integreren van sensoren in schoenen om draagbare elektronische apparaten te creëren een veelbelovende strategie die het probleem van druk‑sensorplatformen die momenteel in de medische praktijk worden gebruikt om plantaire drukverdeling te meten, overwint.

Het gebruik van deze platformen wordt beperkt door tijd‑ en ruimtelijke beperkingen. Een nieuwe studie heeft daarom een slim draadloos inlegzolen‑systeem gebouwd voor ruimtelijk opgeloste monitoring van plantaire druk, wat verwijst naar de krachtverdeling over de zool tijdens gewichtdragende activiteiten, zoals lopen. Dit volledig geïntegreerde, zelf‑aangedreven systeem maakt realtime visualisatie van de gang mogelijk in meerdere modi.

Realtime Gangmonitoring via Geïntegreerd Sensorennetwerk

Onderzoekers van The Ohio State University hebben een nieuwe draagbare slimme inlegzool ontworpen die in realtime bijhoudt hoe je staat, loopt en rent. Dit systeem kan gebruikers niet alleen helpen hun houding te verbeteren, maar ook vroege waarschuwingen geven voor aandoeningen variërend van eenvoudige plantaire fasciitis, een veelvoorkomende oorzaak van hielpijn, tot ernstigere aandoeningen zoals de ziekte van Parkinson.

Deze draagbare werd gebouwd met tweeëntwintig kleine (CNT/ACET/PDMS) druksensoren en op de bovenkant van de schoenen werden kleine zonnepanelen gebruikt voor stroomvoorziening.

Om het gehele systeem effectief en duurzaam van stroom te voorzien, werd een flexibele perovskietzonnecel (FPSC) ontworpen met een hoge energiedichtheid, hoge energie‑omzettingsrendement en voldoende flexibiliteit om mechanische spanningen tijdens gebruik te weerstaan.

Het systeem biedt realtime gezondheidsmonitoring gebaseerd op hoe een persoon loopt, een proces dat net zo uniek is als hun vingerafdrukken.

De druksensor‑data wordt vervolgens verzameld en via Bluetooth naar een smartphone verzonden voor snelle en gedetailleerde analyse. De data wordt in realtime verzonden, waardoor de gebruiker de plantaire drukverdeling in drie verschillende modi op hun smartphone‑app kan visualiseren.

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

“Onze lichamen dragen veel nuttige informatie die we ons niet eens bewust zijn. Deze toestanden veranderen ook in de loop van de tijd, dus ons doel is om elektronica te gebruiken om die signalen te extraheren en te decoderen om betere zelf‑zorgcontroles aan te moedigen.”

Dit is uiteraard niet de eerste poging tot een draagbaar apparaat, dat de afgelopen jaren steeds meer interesse heeft gekregen. Eerdere prototypes hadden echter beperkingen in energie en onstabiele prestaties.
Daarom moet het team ervoor zorgen dat hun draagbare apparaat duurzaam is, consistente en betrouwbare stroom kan leveren, en data kan verzamelen en analyseren met een hoge mate van nauwkeurigheid.

“Ons apparaat is innovatief op het gebied van hoge resolutie, ruimtelijke sensing, zelf‑aandrijvende capaciteit, en de mogelijkheid om te combineren met machine‑learning‑algoritmen. Dus we denken dat dit onderzoek verder kan gaan op basis van de pioniersuccessen van dit veld.”

– De hoofd‑auteur van de studie, Qi Wang, die een PhD‑student is in materiaalkunde en engineering aan Ohio State

Gepubliceerd in het tijdschrift Science Advances¹, de studie beschrijft de ontwikkeling van het volledig zelf‑aangedreven slimme systeem.

De inlegzool bestaat uit polyimide (PI) encapsulatielagen, elektroden, carbon nanotube/acetylene black/polydimethylsiloxane (CNT/ACET/PDMS), en een PDMS‑laag. PDMS staat bekend om zijn biocompatibiliteit, flexibiliteit en het vermogen om in verschillende vormen te worden gegoten.

De sensoren zijn dicht geïntegreerd in de PDMS‑laag, waar ze druksignalen omzetten in elektrische signalen. De signalen worden verzameld door de analoog‑naar‑digitaal converter (ADC) op de printplaat (PCB) en naar een mobiel apparaat verzonden.

Het gebruik van PDMS als sensor‑structuurmateriaal en het inbedden van de sensoren in de PDMS‑laag maakt de inlegzool zeer duurzaam, waardoor hij bestand is tegen rekken, draaien en vouwen.

Klik hier om meer te leren over slimme kleding voor bewegingscaptatie die sport en fysiotherapie kan veranderen.

AI‑gedreven Bewegingsherkenning & Duurzame Energieoplossing

Naast het ontwerp en de ontwikkeling van CNT/ACET/PDMS druksensoren, had het volledig geïntegreerde, draadloze slimme inlegzolen‑systeem ook twee andere belangrijke prestaties, waaronder het waarborgen van een duurzame energievoorziening en het gebruik van AI om bewegingsstaten nauwkeurig te herkennen.

Het team heeft het support vector machine (SVM) leermodel in het slimme inlegzolen‑systeem geïntegreerd om verschillende menselijke bewegingsstaten te classificeren en te herkennen.

In vergelijking met deep‑learning‑modellen biedt dit machine‑learning‑model voordelen zoals snellere training, onafhankelijkheid van grote datasets, duidelijk gedefinieerde beslissingsgrenzen en heldere optimalisatiedoelen, waardoor het goed geschikt is voor deze studie.

Het model werd getraind op data verzameld onder acht verschillende bewegingsstaten. De dataset omvatte in totaal 1275 gelabelde monsters, waarvan 80% werd gebruikt voor training en de rest voor validatie.

Na training kon het SVM‑model de invoergegevens categoriseren en herkenningsresultaten genereren, die volgens de studie 100% waren voor alle getrainde staten.

Met dit geavanceerde model kon het systeem acht verschillende bewegingsstaten identificeren. Dit omvat statische bewegingen zoals zitten en staan, tot meer dynamische zoals hurken en rennen. Het omvat ook één‑been staan, lopen, en trap op‑ en aflopen.

De verdeling van sensoren van teen tot hiel stelt onderzoekers in staat te zien hoe de druk op delen van de voet verschilt bij verschillende activiteiten, zoals lopen versus rennen.

Vanwege de complexe drukpatronen in de teen‑ en hielregio’s, worden daar meer sensoren geplaatst, terwijl er minder (slechts twee) in het booggebied zijn. Deze ontwerpstrategie zorgt ervoor dat zelfs met een beperkt aantal sensoren essentiële voetdrukinformatie effectief wordt vastgelegd.

Zoals verwacht, wordt bij lopen de druk sequentieel van de hiel naar de tenen aangelegd, in tegenstelling tot rennen, waarbij bijna alle sensoren gelijktijdig onder druk staan. Bovendien beslaat de druktoepassingstijd tijdens lopen slechts ongeveer de helft van de totale tijd, en slechts een kwart tijdens rennen.

Wat veiligheid betreft, zorgt het team ervoor dat hun apparaat een laag risico heeft door flexibele en veilige materialen voor de inlegzolen te gebruiken.

Voor continu gebruik heeft het team kleine lithiumbatterijen geïnstalleerd die het draagbare systeem van stroom voorzien. De flexibele perovskietzonne‑modules (FPSMs) zetten zonlicht om in energie, die vervolgens in deze batterijen wordt opgeslagen, waardoor een zelfvoorzienende energievoorziening ontstaat. Deze batterijen, geïntegreerd in het booggebied van de inlegzool om comfort, gemak en stabiliteit te verbeteren, beïnvloeden de dagelijkse activiteiten van de gebruiker niet en veroorzaken geen schade.

Naar Gepersonaliseerde, Preventieve & Predictieve Gezondheidszorg

Wat betreft prestaties toonden de slimme inlegzolen die door de onderzoekers zijn gecreëerd indrukwekkende resultaten. Ze ondervonden geen noemenswaardige verslechtering zelfs na 180.000 compressie‑ en decompressiecycli, wat hun stabiliteit en langdurige duurzaamheid aantoont.

“De interface is flexibel en behoorlijk dun, dus zelfs tijdens repetitieve vervorming blijft hij functioneel. De combinatie van software en hardware betekent dat hij niet zo beperkt is.”

– Li

Met hun slimme inlegzolen willen de onderzoekers ganganalyse ondersteunen om vroegtijdige afwijkingen te detecteren die geassocieerd zijn met neurologische aandoeningen, zoals de ziekte van Parkinson, musculoskeletale aandoeningen en voet‑drukgerelateerde aandoeningen zoals diabetische voetulcera.

De lage kosten van het systeem, gecombineerd met de mechanische robuustheid en het eenvoudige fabricageproces, maken het mogelijk om op maat gemaakte, ergonomische ontwerpen te maken voor patiënten met hoge bogen of platte voeten.

Bovendien maakt het gebruik van AI in het nieuwe systeem het mogelijk om gezondheidszorg op maat te bieden voor de specifieke behoeften en levensstijl van elk individu. Dit betekent dat dragers het zelfs kunnen gebruiken om hun houding te corrigeren, blessures te voorkomen en revalidatie te monitoren.

Maar dat is nog niet alles; onderzoekers geloven ook dat hun systeem kan worden aangepast voor bewegingsoptimalisatie, vermoeidheidsvoorspelling en gepersonaliseerde fitnesstraining in de toekomst. De studie merkte op:

“Al met al dient de geïntegreerde slimme inlegzool als een levensvatbare oplossing om de volgende generatie gezondheidszorgpraktijken en het internet der dingen te revolutioneren. Het concept dat de synergie van materialen, apparaten, hardware en software omvat, kan zich potentieel uitbreiden naar alternatieve velden, waardoor opwindende mogelijkheden ontstaan voor digitale interactie tussen mens en wereld.”

Nu, als je je afvraagt wanneer je deze wearables kunt krijgen, verwachten de onderzoekers dat de technologie binnen de komende drie tot vijf jaar commercieel beschikbaar zal zijn.

Voorlopig werken de onderzoekers aan het verder verbeteren van de mogelijkheid van het systeem om gebaren te herkennen, wat testen op meer diverse populaties vereist. Volgens Li:

“We hebben zoveel variaties tussen individuen, dus het demonstreren en trainen van deze fantastische mogelijkheden op verschillende populaties is iets waar we meer aandacht aan moeten besteden.”

Klik hier om meer te leren over het nieuwe slimme masker dat ademcondensaat in realtime kan analyseren voor ziektes.

Innovatieve Bedrijven

Nike Inc.

In de wereld van wearables hebben tech‑reuzen Apple (AAPL ) en Alphabet Inc. (GOOG ) (GOOGL ) een aanzienlijk marktaandeel veroverd. Apple leidt op het gebied van draagbare gezondheidstechnologie met de Apple Watch, terwijl Google zich onderscheidt met de fitness‑tracker Fitbit.

Maar vandaag behandelen we de schoenenreus Nike, die voortdurend zijn digitale gezondheids‑ en slimme kledingaanbod uitbreidt.

In de wearables‑markt heeft Nike door de jaren heen meerdere producten aangeboden, waaronder pols‑gedragen apparaten zoals sporthorloges en activiteits‑trackerbanden.

Afgelopen zomer lanceerde Nike zijn zelf‑bindende basketbalschoen Adapt BB, die, zoals de naam al aangeeft, zich in realtime aanpast aan de vorm van je voet voor een optimaal gevoel. Een aangepaste motor en tandwielkast in de schoen detecteert de ruimte rond je voet en past zich vervolgens aan om een nauwsluitende pasvorm te bieden.

Nike Adapt BB is een continu bijgewerkt prestatieproduct dat wordt geleverd met een app en een geavanceerd power‑lacing‑systeem. Het bedrijf heeft basketbal gekozen als de plek voor de introductie van de schoen, met het FitAdapt‑systeem dat in de toekomst op andere sport‑ en lifestyle‑producten zal worden toegepast zodra het geoptimaliseerd is voor de optimale kwaliteitspasvorm in basketbal.

Nike heeft ook aangekondigd een partnerschap met hersteltechnologie‑provider Hyperice om tech‑enabled boots te ontwikkelen die Hyperboot worden genoemd. Het doel van de samenwerking is het ontwikkelen van draagbare technologie voor atleten om hun prestaties en herstel te verbeteren.

Deze batterij‑aangedreven high‑top schoenen zijn ontworpen om zowel opwarming als herstel te bevorderen. De boots bieden warmte‑ en dynamische lucht‑compressie‑massage, die tot drie niveaus kan worden aangepast door simpelweg op een knop te drukken.

“De Hyperboot helpt het lichaam klaar te maken voor activiteit, of je nu speelt voor een titel of veel op je voeten staat op het werk.”

– Tobie Hatfield, senior director of Nike Athlete Innovation

Deze samenwerking werkt ook aan een veelzijdig vest dat thermoelectrische koelers gebruikt om onmiddellijke verwarming en koeling te leveren, waardoor atleten de omgeving kunnen aanpassen die ze niet kunnen beheersen. De sensoren van de thermische modules in het vest monitoren en handhaven autonoom de lichaamstemperatuur.

Met een marktkapitalisatie van $84,5 miljard, worden Nike‑aandelen momenteel verhandeld tegen $57,23, een daling van 24,5% YTD. Het heeft een EPS (TTM) van 3,01, een P/E (TTM) van 19,04, en een ROE (TTM) van 31,93%. Nike betaalt ook een dividendrendement van 2,80%.

Wat betreft de bedrijfsresultaten, meldde Nike in maart 2025 resultaten voor het derde kwartaal dat eindigde op 28 februari 2025, waarin het $11,3 miljard aan omzet behaalde, een daling van 9% ten opzichte van het voorgaande jaar, terwijl de brutomarge daalde tot 41,5%, en de verwaterde winst per aandeel $0,54 bedroeg, een daling van 30%.

Contanten en equivalenten en kortetermijninvesteringen aan het einde van het kwartaal bedroegen $10,4 miljard, terwijl Nike $1,1 miljard terugkeerde aan aandeelhouders via $594 miljoen aan dividenden en $499 miljoen aan aandeleninkoop.

“Wat we waarderend vinden is dat NIKE dit kwartaal een impact heeft gemaakt, leidend met sport door storytelling van atleten, prestatie‑producten en grote sportmomenten. De operationele omgeving is dynamisch, maar wat NIKE het meest telt, is het bedienen van atleten met nieuwe productinnovatie en het herontsteken van merk‑momentum via sport.”

– CEO Elliott Hill

Voor het vierde kwartaal voorspelt het bedrijf een steilere daling dan verwacht. Interessant is dat Nike dit jaar zijn eerste Super Bowl‑advertentie in bijna drie decennia heeft uitgezonden. Het bedrijf wordt momenteel geconfronteerd met de dreiging van wederkerige tarieven van president Donald Trump, die hun toeleveringsketen beïnvloeden, met name in Vietnam, Indonesië en China.
Klik hier om meer te leren over de volgende golf van wearables.

Conclusie 

Met de snel verouderende wereldbevolking wordt het behouden van fysieke functie en onafhankelijkheid extreem belangrijk voor hun algehele welzijn. Hier is gangmonitoring de sleutel tot het bieden van een kosteneffectieve manier om verschillende leeftijdsgerelateerde aandoeningen die het neurologische systeem beïnvloeden te beoordelen en waardevolle inzichten te bieden in de gezondheid en potentiële mobiliteitsbeperkingen van oudere generaties. Ganganalyse biedt ook een veelbelovend vroegdiagnostisch hulpmiddel om afwijkingen te detecteren voordat ze chronisch of invaliderend worden.

Het nieuwste zelf‑aangedreven systeem met zijn realtime ganganalyse toont een enorm potentieel voor preventieve gezondheid. De integratie met AI en smartphone‑apps kan bovendien houdingscorrectie, blessurepreventie en zelfs valdetectie toegankelijk maken voor de massa, waardoor een gezondere bevolking en toekomst wordt bevorderd!

Gerefereerde Studies:

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