Smart såler åpner fremtiden for gangbasert helsesporing

En av aktivitetene vi alle gjør daglig er å gå. Selv om du kanskje ikke legger mye merke til hvordan du eller andre går, kan gangen deres fortelle mye om helsen deres.

Dette skyldes at sentralnervesystemet er involvert i å kontrollere bevegelsen av våre lemmer og opprettholde holdning mens kroppen er i bevegelse.

Sviktet bevegelse og gange er faktisk et resultat av nevrologisk skade, muskel‑ og skjelettlidelser, og degenerative patologier. Tradisjonelt blir disse tilstandene diagnostisert av leger basert på fysiske og medisinske undersøkelser, med ganganalyse utført kun på avanserte sykehus og på et begrenset antall pasienter.

Mange forskere hevder at ganganalyse bør utføres på alle pasienter som er i risiko for disse sykdommene, samt de som trenger langvarig rehabilitering. Dette gir mening av flere grunner.

For det første lider omtrent 7 % av den amerikanske befolkningen av alvorlige mobilitetsvansker, som refererer til problemer med å gå, løpe, bevege seg rundt eller gå opp trapper. Disse mobilitetsvanskene er et vanlig og betydelig trekk ved mange nevrokognitive lidelser som demens og Parkinsons sykdom (PD), som er i økning.

PD fører spesielt til problemer med å kontrollere muskelbevegelser, noe som viser seg som postural ustabilitet og gangfrysing. Slag kan også forårsake asymmetriske lembevegelser.

Deretter er de enorme kostnadene knyttet til disse sykdommene. For eksempel koster bevegelsesforstyrrelser anslagsvis 5 % av USAs BNP. Mange av disse sykdommene er definert av svekket motorisk kontroll, som ujevn gang og uregelmessig gange.

Disse endringene i motoriske tegn kan faktisk oppdages lenge før sykdommen er diagnostisert og kan hjelpe i behandlingen. For eksempel, ved PD, er flertallet av pasientens nevroner allerede degenerert når de kliniske diagnostiske kriteriene er oppfylt.

Det er derfor et klart behov for å overvåke gang og plantartrykk under daglige aktiviteter for å bidra til tidlig oppdagelse av ulike lidelser, noe som muliggjør tidlig intervensjon som potensielt kan forebygge og bremse sykdomsutviklingen.

Å identifisere gangirregulariteter på et tidlig stadium gjør det også mulig for helsepersonell å ta personlig tilpassede terapeutiske tilnærminger og forbedre pasientens samlede resultater.

I tillegg til å diagnostisere og håndtere spesifikke tilstander, gir ganganalyse i eldre befolkning en ikke‑invasiv og kostnadseffektiv metode for å opprettholde generell helse og selvstendighet.

Her er teknologier som smarttelefoner, sensorer og sensortekstiler noen av de rimelige og lett tilgjengelige alternativene for å overvåke individers aktiviteter. Bærbare enheter er et annet viktig verktøy som kan spille en avgjørende rolle ved å gi daglig overvåkning av gange.

Spesielt gir integrering av sensorer i sko for å lage bærbare elektroniske enheter en lovende strategi som overkommer problemet med trykksensorplattformer som for tiden brukes i medisinsk praksis for å måle plantartrykkfordeling.

Bruken av disse plattformene er begrenset av tids- og rombegrensninger. En ny studie bygde derfor et smart trådløst innersålesystem for romlig oppløst overvåkning av plantartrykk, som refererer til kraftfordelingen over sålen under vektbærende aktiviteter, som å gå. Dette fullt integrerte, selvforsynte systemet gjør det mulig å visualisere gang i sanntid i flere moduser.

Sanntidsgangovervåkning gjennom integrert sensornettverk

Forskere fra Ohio State University har designet en ny bærbar smart innersåle som overvåker hvordan du står, går og løper i sanntid. Dette systemet kan hjelpe brukere ikke bare med å forbedre holdningen, men også gi tidlige advarsler for tilstander som spenner fra enkel plantar fasciitt, en vanlig årsak til hælsmerter, til mer alvorlige tilstander som Parkinsons sykdom.

Denne bærbare enheten ble bygget med tjue‑to små (CNT/ACET/PDMS) trykksensorer, og på toppen av skoene ble små solcellepaneler brukt til strømforsyning.

For å drive hele systemet effektivt og bærekraftig, ble en fleksibel perovskitt‑solcelle (FPSC) designet med høy effekt‑tetthet, høy konverteringsvirkningsgrad og tilstrekkelig fleksibilitet til å tåle mekanisk belastning under bruk.

Systemet tilbyr sanntids helsesporing basert på hvordan en person går, en prosess som er like unik som fingeravtrykkene deres.

Trykksensor‑dataene samles deretter inn og overføres via Bluetooth til en smarttelefon for rask og detaljert analyse. Dataene overføres i sanntid, noe som gjør at brukeren kan visualisere plantartrykkfordelingen i tre ulike moduser i smarttelefon‑appen.

«Kroppene våre bærer med seg mye nyttig informasjon som vi ikke engang er klar over. Disse tilstandene endrer seg også over tid, så vårt mål er å bruke elektronikk for å hente ut og dekode disse signalene for å oppmuntre til bedre egenhelsekontroller.»

Dette er selvfølgelig ikke det første forsøket på en bærbar enhet, som har fått økt interesse de siste årene. Tidligere prototyper hadde imidlertid begrenset energitilførsel og ustabil ytelse.
Derfor må teamet sikre at deres bærbare enhet er holdbar, kan levere jevn og pålitelig strøm, og kan samle inn og analysere data med høy nøyaktighet.

«Vår enhet er innovativ når det gjelder høy oppløsning, romlig sensing, selvforsynt evne, og dens evne til å kombineres med maskinlæringsalgoritmer. Så vi føler at denne forskningen kan gå videre basert på de banebrytende suksessene innen dette feltet.»

– Studieforfatterens hovedforfatter Qi Wang, som er PhD‑student i materialvitenskap og ingeniørfag ved Ohio State

Publisert i tidsskriftet Science Advances¹, studien beskriver utviklingen av det fullt selvforsynte smarte systemet.

Innersålen her er laget av polyimid (PI) innkapslingslag, elektroder, karbonnanorør/acetylsvart/polydimetylsiloksan (CNT/ACET/PDMS), og et PDMS‑lag. PDMS er faktisk kjent for sin biokompatibilitet, fleksibilitet og evne til å formes til ulike former.

Sensorene er tett integrert i PDMS‑laget, hvor de konverterer trykksignaler til elektriske signaler. Signalene samles inn av analog‑til‑digital‑omformeren (ADC) på kretskortet (PCB) og overføres til en mobil enhet.

Bruken av PDMS som sensorens strukturelle materiale og innbygging av sensorene i PDMS‑laget gjør innersålen svært holdbar, og gir den evnen til å tåle strekk, vridning og bretting.

Klikk her for å lære om smarte klær for bevegelsesfangst som kan endre sport og fysioterapi.

AI‑drevet bevegelsesgjenkjenning & bærekraftig strømløsning

I tillegg til design og utvikling av CNT/ACET/PDMS trykksensorer, hadde det fullt integrerte, trådløse smarte innersålesystemet også to andre store prestasjoner, som inkluderer å sikre en bærekraftig strømkilde og bruk av AI for å fange opp og nøyaktig gjenkjenne bevegelsestilstander.

Teamet integrerte faktisk support vector machine (SVM) læringsmodellen i det smarte innersålesystemet for å klassifisere og gjenkjenne ulike menneskelige bevegelsestilstander.

Sammenlignet med dype læringsmodeller, gir denne maskinlæringsmodellen fordeler som raskere treningstid, uavhengighet fra store datasett, veldefinerte beslutningsgrenser og klare optimaliseringsmål, noe som gjør den godt egnet for denne studien.

Modellen ble trent på data samlet inn under åtte ulike bevegelsestilstander. Datasettet inkluderte totalt 1275 merkede prøver, hvorav 80 % ble brukt til trening og resten til validering.

Når den var trent, kunne SVM‑modellen kategorisere inndataene og generere gjenkjenningsresultater, som studien noterte var 100 % for alle de trente tilstandene.

Ved bruk av denne avanserte modellen klarte systemet å identifisere åtte ulike bevegelsestilstander. Dette inkluderer statiske bevegelser som å sitte og stå, til mer dynamiske som knebøy og løping. Det dekker også ettbens stående, gange, samt opp‑ og nedstigning av trapper.

Sensorfordelingen fra tå til hæl gjør det samtidig mulig for forskere å se hvor forskjellig trykket på ulike deler av foten er ved ulike aktiviteter, som å gå versus løpe.

På grunn av de komplekse trykkmønstrene i tå‑ og hælområdene, er flere sensorer plassert der, mens færre (kun to) er i buen. Denne designstrategien sikrer at selv med begrenset antall sensorer blir viktig fottrykkinformasjon effektivt fanget.

Som forventet påføres trykk under gange sekvensielt fra hæl til tær, i motsetning til løping, hvor nesten alle sensorer blir utsatt for trykk samtidig. I tillegg utgjør trykkpåføringstiden under gange kun omtrent halvparten av total tid, og kun omtrent en fjerdedel under løping.

Når det gjelder sikkerhet, sikrer teamet at enheten har lav risiko ved å bruke fleksible og trygge materialer for innersålene.

For kontinuerlig bruk har teamet installert små litiumbatterier som driver den bærbare systemet. De fleksible perovskitt‑solarmodulene (FPSMs) konverterer sollys til energi, som deretter lagres i disse batteriene, og gir en selvforsynt energikilde. Disse batteriene, integrert i innersålens bueområde for å forbedre komfort, bekvemmelighet og stabilitet, påvirker ikke brukerens daglige aktiviteter eller forårsaker skade.

Mot personlig, forebyggende & prediktiv helsetjeneste

Når det gjelder ytelse, viste de smarte innersålene utviklet av forskerne imponerende resultater. De opplevde ingen merkbar forringelse selv etter 180 000 kompresjons‑ og dekompresjonssykluser, noe som demonstrerer deres stabilitet og langvarige holdbarhet.

«Grensesnittet er fleksibelt og ganske tynt, så selv under gjentatte deformasjoner kan det forbli funksjonelt. Kombinasjonen av programvare og maskinvare gjør at det ikke er så begrenset.»

– Li

Så, med sine smarte innersåler, har forskerne som mål å støtte ganganalyse for å oppdage tidlige abnormaliteter knyttet til nevrologiske tilstander, som Parkinsons sykdom, muskel‑ og skjelettlidelser, og fottrykkrelaterte tilstander som diabetiske fotulcerer.

Systemets lave kostnad, sammen med dets mekaniske robusthet og enkel produksjon, gjør det mulig med tilpassede, ergonomiske design for pasienter med høye buer eller flate føtter.

I tillegg gjør bruken av AI i det nye systemet det mulig å tilby helsetjenester skreddersydd til hver enkelt persons spesifikke behov og livsstil. Dette betyr at brukere kan bruke den til å korrigere holdning, forebygge skader og overvåke rehabilitering.

Men det er ikke alt; forskerne tror også at systemet kan tilpasses for bevegelsesoptimalisering, tretthetsforutsigelse og tilpasset trening i fremtiden. Studien bemerket:

«Alt i alt fungerer den integrerte smarte innersålen som en levedyktig løsning for å revolusjonere neste generasjons helsetjenester og tingenes internett. Konseptet som involverer synergien mellom materialer, enheter, maskinvare og programvare kan potensielt utvides til alternative felt, og åpner spennende muligheter for digital interaksjon mellom mennesker og verden.»

Hvis du lurer på når du kan få tak i disse bærbare enhetene, forventer forskerne at teknologien vil være kommersielt tilgjengelig innen de neste tre til fem årene.

Foreløpig jobber forskerne med å forbedre systemets evne til å gjenkjenne bevegelser, noe som vil kreve testing på mer mangfoldige befolkninger. Ifølge Li:

«Vi har så mange variasjoner blant individer, så å demonstrere og trene disse fantastiske evnene på ulike befolkninger er noe vi må gi ytterligere oppmerksomhet til.

Klikk her for å lære om den nye smarte masken som kan analysere pustekondensat for sykdommer i sanntid.

Innovative Companies

Nike Inc.

I verden av bærbare enheter har teknologigigantene Apple (AAPL ) og Alphabet Inc. (GOOG ) (GOOGL ) tatt en betydelig markedsandel. Apple leder innen bærbar helseteknologi med sin Apple Watch, mens Google gjør seg bemerket med treningssporet Fitbit.

Men i dag skal vi se på skogiganten Nike, som stadig utvider sine digitale helse‑ og smarte klesprodukter.

I markedet for bærbare enheter har Nike tilbudt flere produkter gjennom årene, inkludert håndbårne enheter som sportsklokker og aktivitets‑tracker‑bånd.

Sist sommer lanserte Nike sin selv‑snørende basketballsko Adapt BB, som, som navnet antyder, tilpasser seg fotens form i sanntid for optimal følelse. En tilpasset motor og girsystem i skoen registrerer rommet rundt foten og justerer deretter for å gi en tett passform.

Nike Adapt BB er et kontinuerlig oppdatert ytelsesprodukt som leveres med en app og et avansert kraft‑snøringssystem. Selskapet har valgt basketball som lanseringsplattform for skoen, med FitAdapt‑systemet som skal brukes i andre sport‑ og livsstilsprodukter i fremtiden når det er finjustert for optimal passform i basketball.

Nike har også kunngjort et partnerskap med gjenopprettingsteknologileverandøren Hyperice for å utvikle teknologidrevne støvler kalt Hyperboot. Målet med samarbeidet er å utvikle bærbar teknologi for idrettsutøvere som forbedrer deres ytelse og restitusjon.
Disse batteridrevne høye skoene er designet for å gagne både oppvarming og restitusjon. Støvlene tilbyr varme‑ og dynamisk luft‑kompresjonsmassasje, som kan justeres opp til tre nivåer ved å trykke på en knapp.

«Hyperboot hjelper kroppen med å forberede seg på aktivitet, enten du spiller for en tittel eller står mye på jobb.»

– Tobie Hatfield, senior director for Nike Athlete Innovation

Dette partnerskapet arbeider også med en allsidig vest som bruker termoelektriske kjølere for å levere umiddelbar oppvarming og kjøling, slik at idrettsutøvere kan målrette miljøet de ikke kan kontrollere. Sensorene i de termiske modulene i vesten overvåker og opprettholder automatisk kroppstemperaturen.

Med en markedsverdi på 84,5 milliarder dollar handles Nike-aksjene for øyeblikket til 57,23 dollar, ned 24,5 % år‑til‑dato. Selskapet har en EPS (TTM) på 3,01, en P/E (TTM) på 19,04, og en ROE (TTM) på 31,93 %. Nike betaler også en utbytteavkastning på 2,80 %.

Når det gjelder selskapets økonomi, rapporterte Nike i mars 2025 resultater for tredje kvartal som endte 28. februar 2025, med en omsetning på 11,3 milliarder dollar, en nedgang på 9 % fra året før, mens bruttofortjenesten falt til 41,5 %, og fortynnet resultat per aksje kom inn på 0,54 dollar, en nedgang på 30 %.

Kontanter og kontantekvivalenter samt kortsiktige investeringer ved kvartalsslutt var 10,4 milliarder dollar, mens Nike returnerte 1,1 milliarder dollar til aksjonærene gjennom 594 millioner dollar i utbytte og 499 millioner dollar i aksjetilbakekjøp.

«Det som er oppmuntrende er at NIKE gjorde en innvirkning dette kvartalet, ledet med sport gjennom idrettsutøverhistorier, ytelsesprodukter og store sportshendelser. Driftsmiljøet er dynamisk, men det som betyr mest for NIKE er å betjene idrettsutøvere med ny produktinnovasjon og gjenopplive merkevaremomentum gjennom sport.»

– CEO Elliott Hill

For fjerde kvartal forventer selskapet en brattere nedgang enn forventet. Interessant nok har Nike i år kjørt sin første Super Bowl‑reklame på nesten tre tiår. Selskapet står for tiden overfor trusselen fra president Donald Trumps gjengjeldelses­tariffer, som påvirker forsyningskjeden, særlig i Vietnam, Indonesia og Kina.
Klikk her for å lære om neste bølge av bærbare enheter.

Konklusjon 

Ettersom verdens befolkning eldes raskt, blir opprettholdelse av fysisk funksjon og selvstendighet ekstremt viktig for deres generelle velvære. Her er gangovervåkning nøkkelen til å tilby en kostnadseffektiv måte å vurdere ulike aldersrelaterte tilstander som påvirker nervesystemet, og gir verdifull innsikt i helsen og potensielle mobilitetsbegrensninger for eldre generasjoner. Ganganalyse tilbyr også et lovende tidlig diagnostisk verktøy for å oppdage abnormaliteter før de blir kroniske eller invalidiserende.

Det nyeste selvforsynte systemet med sin sanntidsganganalyse viser enormt potensial innen forebyggende helse. Integrasjonen med AI og smarttelefon‑apper kan ytterligere gjøre holdningskorrigering, skadeforebygging og til og med fall‑deteksjon tilgjengelig for massene, og fremme en sunnere befolkning og fremtid!

Studier referert til:

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