Computação
Soluções Inteligentes de Palmilhas Desbloqueiam o Futuro do Monitoramento de Saúde Baseado na Marcha
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Uma das atividades que todos nós praticamos diariamente é caminhar. Embora você possa não prestar muita atenção à maneira como você ou outra pessoa caminha, a marcha pode revelar muito sobre a saúde.
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.
Movimentos e caminhadas comprometidos são, na verdade, resultado de danos neurológicos, distúrbios musculoesqueléticos e patologias degenerativas. Tradicionalmente, essas condições são diagnosticadas por médicos com base em exames físicos e médicos, com a análise da marcha realizada apenas em hospitais avançados e em um número limitado de pacientes.
Muitos cientistas argumentam que a análise da marcha deveria ser realizada em todos os pacientes em risco dessas doenças, bem como naqueles que necessitam de reabilitação de longo prazo. Isso faz sentido por várias razões.
Por exemplo, cerca de 7% da população dos EUA sofre de sérias dificuldades ambulatoriais, que se referem a problemas ao caminhar, correr, mover-se ou subir escadas. Essas dificuldades ambulatoriais são uma característica comum e significativa de muitos distúrbios neurocognitivos, como demência e doença de Parkinson (DP), que estão em ascensão.
A DP, em particular, leva a dificuldades no controle do movimento muscular, manifestando-se como instabilidade postural e congelamento da marcha. Acidentes vasculares cerebrais também causam movimentos assimétricos dos membros.
Além disso, há um enorme custo associado a essas doenças. Por exemplo, os distúrbios de movimento custam aproximadamente 5% do PIB dos EUA. E muitas dessas doenças são definidas por um declínio no controle motor, como marcha irregular e irregularidades ao caminhar.
Essas alterações nos sinais motores podem ser detectadas muito antes do diagnóstico da doença e podem auxiliar no tratamento. Por exemplo, na DP, quando os critérios diagnósticos clínicos são atendidos, a maioria dos neurônios do paciente já está degenerada.
Portanto, há claramente a necessidade de monitorar a marcha e a pressão plantar durante as atividades diárias para ajudar na detecção precoce de vários distúrbios, permitindo intervenções iniciais que podem potencialmente prevenir e retardar a progressão da doença.
Identificar irregularidades na marcha em estágio inicial permite ainda que os profissionais de saúde adotem abordagens terapêuticas personalizadas e melhorem os resultados gerais dos pacientes.
Além de diagnosticar e gerenciar condições específicas, a análise da marcha na população idosa oferece um método não invasivo e econômico para manter a saúde geral e a independência.
Aqui, tecnologias como smartphones, sensores e tecidos sensoriais são algumas das opções de baixo custo e facilmente disponíveis para monitorar as atividades individuais. Dispositivos vestíveis são outra ferramenta importante que pode desempenhar um papel crucial, fornecendo vigilância diária da caminhada.
Em particular, integrar sensores nos sapatos para criar dispositivos eletrônicos vestíveis oferece uma estratégia promissora que supera o problema das plataformas de detecção de pressão atualmente usadas na prática médica para medir a distribuição da pressão plantar.
O uso dessas plataformas é limitado por restrições de tempo e espaço. Um novo estudo, portanto, desenvolveu um sistema inteligente de palmilha sem fio para monitoramento espacialmente resolvido da pressão plantar, que se refere à distribuição de força na sola durante atividades de sustentação de peso, como caminhar. Esse sistema totalmente integrado e autoalimentado permite a visualização da marcha em tempo real em múltiplos modos.
Monitoramento em Tempo Real da Marcha por Meio de Rede de Sensores Integrada
Pesquisadores da The Ohio State University projetaram uma nova palmilha inteligente vestível que monitora como você fica em pé, caminha e corre em tempo real. Esse sistema pode ajudar os usuários não apenas a melhorar a postura, mas também a fornecer alertas precoces para condições que vão desde a simples fascite plantar, uma causa comum de dor no calcanhar, até condições mais graves como a doença de Parkinson.
Este vestível foi construído usando vinte e dois pequenos sensores de pressão (CNT/ACET/PDMS) e, na parte superior dos sapatos, pequenos painéis solares foram utilizados para energia.
Para alimentar todo o sistema de forma eficaz e sustentável, foi projetada uma célula solar de perovskita flexível (FPSC) com alta densidade de potência, alta eficiência de conversão de energia e flexibilidade suficiente para suportar tensões mecânicas durante o uso.
O sistema oferece monitoramento de saúde em tempo real baseado em como a pessoa caminha, um processo tão único quanto suas impressões digitais.
Os dados de detecção de pressão são então coletados e transmitidos via Bluetooth para um smartphone para análise rápida e detalhada. Os dados são transmitidos em tempo real, permitindo que o usuário visualize a distribuição da pressão plantar em três modos diferentes em seu aplicativo de smartphone.
De acordo com o coautor do estudo Jinghua Li, que é professor assistente de ciência e engenharia de materiais na Ohio State:
“Nossos corpos carregam muitas informações úteis das quais nem estamos cientes. Esses estados também mudam ao longo do tempo, portanto, nosso objetivo é usar eletrônicos para extrair e decodificar esses sinais, incentivando verificações de autocuidado de saúde mais eficazes.”
Este, obviamente, não é a primeira tentativa de um vestível, que tem despertado interesse crescente nos últimos anos. No entanto, protótipos anteriores enfrentaram limitações de baixa energia e desempenho instável.
Portanto, a equipe precisa garantir que seu vestível seja durável, possa fornecer energia consistente e confiável, e possa coletar e analisar dados com alto grau de precisão.
“Nosso dispositivo é inovador em termos de alta resolução, detecção espacial, capacidade de autoalimentação e sua habilidade de combinar com algoritmos de aprendizado de máquina. Portanto, acreditamos que esta pesquisa pode avançar ainda mais com base nos sucessos pioneiros deste campo.”
– O autor principal do estudo, Qi Wang, que é estudante de doutorado em ciência e engenharia de materiais na Ohio State
Publicado no jornal Science Advances1, o estudo detalha o desenvolvimento do sistema inteligente totalmente autoalimentado.
A palmilha aqui é composta por camadas de encapsulamento de poliamida (PI), eletrodos, nanotubos de carbono/negro de acetileno/polidimetilsiloxano (CNT/ACET/PDMS) e uma camada de PDMS. O PDMS é conhecido por sua biocompatibilidade, flexibilidade e capacidade de ser moldado em várias formas.
Os sensores são densamente integrados na camada de PDMS, onde convertem sinais de pressão em sinais elétricos. Os sinais são coletados pelo conversor analógico-digital (ADC) na placa de circuito impresso (PCB) e transmitidos para um dispositivo móvel.
O uso de PDMS como material estrutural do sensor e a incorporação dos sensores na camada de PDMS permitem que a palmilha seja altamente durável, conferindo-lhe a capacidade de suportar estiramento, torção e dobramento.
Reconhecimento de Movimento Impulsionado por IA & Solução de Energia Sustentável
Além do design e desenvolvimento dos sensores de pressão CNT/ACET/PDMS, o sistema de palmilha inteligente totalmente integrado e sem fio também alcançou duas outras conquistas importantes, que incluem garantir um suprimento de energia sustentável e o uso de IA para capturar e reconhecer com precisão os estados de movimento.
A equipe incorporou efetivamente o modelo de aprendizado de máquina de vetor de suporte (SVM) ao sistema de palmilha inteligente para classificar e reconhecer diferentes estados de movimento humano.
Comparado aos modelos de deep learning, este modelo de aprendizado de máquina oferece benefícios como velocidade de treinamento mais rápida, independência de grandes conjuntos de dados, limites de decisão bem definidos e objetivos de otimização claros, tornando-o adequado para este estudo.
O modelo foi treinado com dados coletados em oito diferentes estados de movimento. O conjunto de dados incluiu um total de 1275 amostras rotuladas, das quais 80% foram usadas para treinamento e o restante para validação.
Uma vez treinado, o modelo SVM pôde categorizar os dados de entrada e gerar resultados de reconhecimento, que o estudo observou serem 100% para todos os estados treinados.
Usando este modelo avançado, o sistema conseguiu identificar oito diferentes estados de movimento. Isso inclui movimentos estáticos como sentar e ficar em pé, até movimentos mais dinâmicos como agachar e correr. Também abrange ficar em pé em uma perna, caminhar e subir e descer escadas.
A distribuição dos sensores do dedo do pé ao calcanhar, por sua vez, permite que os pesquisadores vejam como a pressão em diferentes partes do pé varia com diferentes atividades, como caminhar versus correr.
Devido aos padrões complexos de pressão observados nas regiões dos dedos e do calcanhar, um número maior de sensores é colocado nessas áreas, enquanto menos (apenas dois) estão na região do arco. Essa estratégia de design garante que, mesmo com sensores limitados, as informações essenciais de pressão do pé sejam capturadas de forma eficaz.
Como esperado, durante a caminhada, a pressão é aplicada sequencialmente do calcanhar para os dedos, ao contrário da corrida, onde quase todos os sensores são submetidos à pressão simultaneamente. Além disso, o tempo de aplicação de pressão durante a caminhada representa apenas cerca de metade do tempo total, e cerca de um quarto durante a corrida.
Quanto à segurança, a equipe garante que seu dispositivo seja de baixo risco ao usar materiais flexíveis e seguros para as palmilhas.
Para uso contínuo, a equipe instalou pequenas baterias de lítio que alimentam o sistema vestível. Os módulos solares de perovskita flexíveis (FPSMs) convertem a luz solar em energia, que é então armazenada nessas baterias, possibilitando um suprimento de energia autossuficiente. Essas baterias, integradas à área do arco da palmilha para melhorar conforto, conveniência e estabilidade, não afetam as atividades diárias do usuário nem causam danos.
Rumo à Saúde Personalizada, Preventiva e Preditiva
Em termos de desempenho, as palmilhas inteligentes criadas pelos pesquisadores mostraram resultados impressionantes. Elas não apresentaram deterioração notável mesmo após 180.000 ciclos de compressão e descompressão, o que demonstra sua estabilidade e durabilidade a longo prazo.
“A interface é flexível e bastante fina, de modo que mesmo durante deformações repetitivas, ela pode permanecer funcional. A combinação de software e hardware significa que não é tão limitada.”
– Li
Assim, com suas palmilhas inteligentes, os pesquisadores visam apoiar a análise da marcha para detectar anomalias precoces associadas a condições neurológicas, como a doença de Parkinson, distúrbios musculoesqueléticos e condições relacionadas à pressão nos pés, como úlceras diabéticas.
O baixo custo do sistema, juntamente com sua robustez mecânica e facilidade de fabricação, permite designs personalizados e ergonômicos para pacientes com arcos altos ou pés chatos.
Além disso, o uso de IA no novo sistema possibilita oferecer cuidados de saúde adaptados às necessidades e estilo de vida específicos de cada indivíduo. Isso significa que os usuários podem até utilizá-lo para corrigir a postura, prevenir lesões e monitorar a reabilitação.
Mas isso não é tudo; os pesquisadores também acreditam que seu sistema pode ser adaptado para otimização de movimento, previsão de fadiga e treinamento físico personalizado no futuro. O estudo observou:
“No geral, a palmilha inteligente integrada serve como uma solução viável para revolucionar as práticas de saúde de próxima geração e a internet das coisas. O conceito que envolve a sinergia de materiais, dispositivos, hardware e software pode potencialmente se expandir para campos alternativos, abrindo oportunidades empolgantes para a interação digital entre humanos e o mundo.”
Agora, se você está se perguntando quando poderá ter acesso a esses vestíveis, os pesquisadores esperam que a tecnologia esteja disponível comercialmente dentro de três a cinco anos.
Por enquanto, os pesquisadores estão trabalhando em melhorar ainda mais a capacidade do sistema de reconhecer gestos, o que exigirá testes em populações mais diversas. Segundo Li:
“Temos tantas variações entre os indivíduos, portanto demonstrar e treinar essas capacidades fantásticas em diferentes populações é algo que precisamos dedicar mais atenção.
Empresas Inovadoras
Nike Inc.
No mundo dos vestíveis, os gigantes de tecnologia Apple (AAPL ) e Alphabet Inc. (GOOG ) (GOOGL ) conquistaram uma participação de mercado significativa. A Apple lidera em tecnologia de saúde vestível através do Apple Watch, enquanto o Google está deixando sua marca com o rastreador de fitness Fitbit.
Mas hoje, vamos abordar o gigante de calçados Nike, que tem expandido constantemente suas ofertas de saúde digital e vestuário inteligente.
No mercado de vestíveis, a Nike ofereceu múltiplos produtos ao longo dos anos, incluindo dispositivos usados no pulso, como relógios esportivos e pulseiras de rastreamento de atividade.
No verão passado, a Nike lançou seu tênis de basquete de autoamarrar Adapt BB, que, como o nome sugere, adapta-se à forma do seu pé em tempo real para proporcionar a sensação ideal. Um motor personalizado e um conjunto de engrenagens no sapato detectam o espaço ao redor do pé e, subsequentemente, ajustam-se para oferecer um ajuste confortável.
O Nike Adapt BB é um produto de desempenho continuamente atualizado que vem com um aplicativo e um avançado sistema de amarração motorizada. A empresa escolheu o basquete como o ponto de estreia do sapato, com o sistema FitAdapt a ser aplicado a outros esportes e produtos de estilo de vida no futuro, uma vez que seja refinado para proporcionar o ajuste de qualidade ideal no basquete.
A Nike também anunciou uma parceria com o fornecedor de tecnologia de recuperação Hyperice para desenvolver botas habilitadas por tecnologia chamadas Hyperboot. O objetivo da colaboração é desenvolver tecnologia vestível para o atleta melhorar seu desempenho e recuperação.
Essas botas de cano alto alimentadas por bateria são projetadas para beneficiar tanto o aquecimento quanto a recuperação. As botas oferecem massagem de calor e compressão de ar dinâmica, que pode ser ajustada em até três níveis simplesmente pressionando um botão nelas.
“O Hyperboot ajuda a preparar o corpo para a atividade, seja competindo por um título ou estando muito tempo em pé no trabalho.”
– Tobie Hatfield, diretor sênior de Inovação para Atletas da Nike
Esta parceria também está desenvolvendo um colete versátil que utiliza resfriadores termelétricos para fornecer aquecimento e resfriamento instantâneos, permitindo que os atletas ajustem o ambiente que não podem controlar. Os sensores dos módulos térmicos no colete monitoram e mantêm autonomamente a temperatura corporal.
NVDA Gráfico de preços
Com uma capitalização de mercado de US$ 84,5 bilhões, as ações da Nike estão atualmente sendo negociadas a US$ 57,23, queda de 24,5% no ano. Ela tem um EPS (TTM) de 3,01, um P/E (TTM) de 19,04 e um ROE (TTM) de 31,93%. A Nike também paga um rendimento de dividendos de 2,80%.
Quanto aos resultados financeiros da empresa, em março de 2025, a Nike relatou resultados para o terceiro trimestre que terminou em 28 de fevereiro de 2025, durante o qual teve US$ 11,3 bilhões em receita, uma queda de 9% em relação ao ano anterior, enquanto a margem bruta diminuiu para 41,5%, e o lucro por ação diluído foi de US$ 0,54, uma diminuição de 30%.
Os caixa e equivalentes e investimentos de curto prazo no final do trimestre eram de US$ 10,4 bilhões, enquanto a Nike devolveu US$ 1,1 bilhão aos acionistas por meio de US$ 594 milhões em dividendos e US$ 499 milhões em recompra de ações.
“O que é encorajador é que a NIKE teve um impacto neste trimestre, liderando com esporte através de narrativas de atletas, produtos de desempenho e grandes momentos esportivos. O ambiente operacional é dinâmico, mas o que mais importa para a NIKE é atender aos atletas com inovação de novos produtos e reacender o impulso da marca através do esporte.”
– CEO Elliott Hill
Para o quarto trimestre, a empresa prevê um declínio mais acentuado do que o esperado. Curiosamente, este ano, a Nike exibiu seu primeiro anúncio no Super Bowl em quase três décadas. A empresa está atualmente enfrentando a ameaça das tarifas recíprocas do presidente Donald Trump, que afetam sua cadeia de suprimentos, particularmente no Vietnã, Indonésia e China.
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Conclusão
Com a população mundial envelhecendo rapidamente, manter a função física e a independência torna-se extremamente importante para o bem‑estar geral. Nesse contexto, monitorar a marcha é fundamental para fornecer uma forma econômica de avaliar diversas condições relacionadas à idade que afetam o sistema neurológico e oferecer insights valiosos sobre a saúde e as potenciais limitações de mobilidade das gerações mais velhas. A análise da marcha também oferece uma ferramenta diagnóstica precoce promissora para detectar anomalias antes que se tornem crônicas ou debilitantes.
O mais recente sistema autoalimentado com sua análise de marcha em tempo real demonstra um enorme potencial na saúde preventiva. Sua integração com IA e aplicativos de smartphone pode ainda tornar a correção de postura, a prevenção de lesões e até a detecção de quedas acessíveis ao público, promovendo uma população mais saudável e um futuro melhor!
Estudos Referenciados:
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). Uma palmilha inteligente sem fio e autoalimentada para monitoramento da marcha e reconhecimento via detecção de pressão sinérgica não linear. Science Advances, 11(16). https://doi.org/10.1126/sciadv.adu1598
