Smartinnersulor låser upp framtiden för gångbaserad hälsospårning

En av de aktiviteter vi alla utför dagligen är att gå. Även om du kanske inte lägger mycket märke till hur du eller någon annan går, kan deras gångstil säga mycket om deras hälsa.

Det beror på att centrala nervsystemet är involverat i att kontrollera våra lemars rörelser och upprätthålla hållning medan kroppen är i rörelse.

Nedsatt rörelse och gång är faktiskt ett resultat av neurologisk skada, muskuloskeletala störningar och degenerativa patologier. Traditionellt diagnostiseras dessa tillstånd av läkare baserat på fysiska och medicinska undersökningar, där gånganalys endast utförs på avancerade sjukhus och på ett begränsat antal patienter.

Många forskare hävdar att gånganalys bör utföras på alla patienter som löper risk för dessa sjukdomar, samt på dem som kräver långvarig rehabilitering. Detta är logiskt av flera skäl.

För det första lider cirka 7 % av den amerikanska befolkningen av allvarliga gångsvårigheter, vilket innebär problem med att gå, springa, förflytta sig eller gå upp för trappor. Dessa gångsvårigheter är ett vanligt och betydande inslag i många neurokognitiva störningar som demens och Parkinsons sjukdom (PD), som ökar i antal.

PD leder särskilt till svårigheter att kontrollera muskelrörelser, vilket yttrar sig som postural instabilitet och gångfrysning. Stroke orsakar också asymmetriska lemrörelser.

Sedan finns de enorma kostnaderna som är förknippade med dessa sjukdomar. Till exempel kostar rörelsestörningar uppskattningsvis 5 % av USA:s BNP. Många av dessa sjukdomar definieras av försämrad motorisk kontroll, såsom ojämn gång och oregelbundenhet i promenader.

Dessa förändringar i motoriska tecken kan faktiskt upptäckas långt innan sjukdomen diagnostiseras och kan hjälpa i behandlingen. Till exempel, vid PD har majoriteten av patientens neuroner redan degenererat när de kliniska diagnoskriterierna uppfylls.

Det finns alltså ett tydligt behov av att övervaka gång och plantartryck under dagliga aktiviteter för att underlätta tidig upptäckt av olika störningar, vilket möjliggör tidig intervention som potentiellt kan förhindra och bromsa sjukdomens progression.

Att identifiera gångirregulariteter i ett tidigt skede möjliggör dessutom för vårdpersonal att tillämpa personligt anpassade terapeutiska metoder och förbättra patienternas övergripande resultat.

Utöver att diagnostisera och hantera specifika tillstånd erbjuder gånganalys för äldre en icke-invasiv och kostnadseffektiv metod för att upprätthålla allmän hälsa och självständighet.

Här är teknologier som smartphones, sensorer och känsliga tyger några av de låga kostnads- och lättillgängliga alternativen för att övervaka individers aktiviteter. Bärbara enheter är ett annat viktigt verktyg som kan spela en avgörande roll genom att erbjuda daglig övervakning av gång.

Speciellt erbjuder integration av sensorer i skor för att skapa bärbara elektroniska enheter en lovande strategi som övervinner problemet med trycksensorplattformar som för närvarande används i medicinsk praxis för att mäta plantartrycksdistribution.

Användningen av dessa plattformar begränsas av tids- och rumsrestriktioner. En ny studie har därför byggt ett smart trådlöst innersulssystem för rumsligt upplöst övervakning av plantartryck, vilket avser kraftfördelningen över fotens undersida under belastningsaktiviteter, såsom gång. Detta helt integrerade, självförsörjande system möjliggör realtidsvisualisering av gång i flera lägen.

Realtidsgångövervakning genom integrerat sensorsnätverk

Forskare från Ohio State University har designat en ny bärbar smart innersula som övervakar hur du står, går och springer i realtid. Detta system kan hjälpa användare att inte bara förbättra sin hållning utan också ge tidiga varningar för tillstånd som sträcker sig från enkel plantarfasciit, en vanlig orsak till hälssmärta, till allvarligare tillstånd som Parkinsons sjukdom.

Denna bärbara enhet byggdes med tjugotvå små (CNT/ACET/PDMS) trycksensorer och på skons ovansida användes små solpaneler för strömförsörjning.

För att driva hela systemet effektivt och hållbart designades en flexibel perovskitsolcell (FPSC) med hög effekt­densitet, hög omvandlingseffektivitet och tillräcklig flexibilitet för att klara mekaniska påfrestningar vid användning.

Systemet erbjuder realtids hälsospårning baserad på hur en person går, en process lika unik som deras fingeravtryck.

Trycksensordatan samlas sedan in och överförs via Bluetooth till en smartphone för snabb och detaljerad analys. Datan överförs i realtid, vilket gör att användaren kan visualisera plantartrycksdistributionen i tre olika lägen i sin smartphone‑app.

“Våra kroppar bär på mycket användbar information som vi inte ens är medvetna om. Dessa tillstånd förändras också över tid, så vårt mål är att använda elektronik för att extrahera och avkoda dessa signaler för att uppmuntra bättre självkontroller av hälsan.”

Detta är naturligtvis inte det första försöket med en bärbar enhet, som har fått ökat intresse under de senaste åren. Tidigare prototyper mötte dock begränsad energitillgång och instabil prestanda.

Därför måste teamet säkerställa att deras bärbara enhet är hållbar, kan leverera konsekvent och pålitlig ström, samt kan samla in och analysera data med hög noggrannhet.

“Vår enhet är innovativ när det gäller hög upplösning, rumslig sensning, självförsörjande förmåga och dess möjlighet att kombineras med maskininlärningsalgoritmer. Så vi känner att denna forskning kan gå längre baserat på de banbrytande framgångarna inom detta område.”

– Studien huvudförfattare Qi Wang, som är doktorand i materialvetenskap och ingenjörsvetenskap vid Ohio State

Publicerad i tidskriften Science Advances¹, studien beskriver utvecklingen av det helt självförsörjande smarta systemet.

Innersulan består av polyimid (PI) kapslingslager, elektroder, kolnanorör/acetylsvart/polydimetylsiloxan (CNT/ACET/PDMS) och ett PDMS‑lager. PDMS är faktiskt känt för sin biokompatibilitet, flexibilitet och förmåga att formas till olika former.

Sensortarna är tätt integrerade i PDMS‑lagret, där de omvandlar trycksignaler till elektriska signaler. Signalerna samlas in av analog‑till‑digital‑omvandlaren (ADC) på det tryckta kretskortet (PCB) och överförs till en mobil enhet.

Användningen av PDMS som sensorstrukturmaterial och inbäddning av sensorerna i PDMS‑lagret gör innersulan mycket hållbar, vilket ger den förmågan att tåla sträckning, vridning och vikning.

Klicka här för att lära dig mer om smarta kläder för rörelsespårning som kan förändra sport & fysioterapi.

AI‑driven rörelsesigenkänning & hållbar strömlösning

Förutom designen och utvecklingen av CNT/ACET/PDMS‑trycksensorer hade det fullt integrerade, trådlösa smarta innersulssystemet också två andra stora framsteg, vilka inkluderar att säkerställa en hållbar strömförsörjning och användning av AI för att fånga och exakt känna igen rörelsestatusar.

Teamet integrerade faktiskt supportvektormaskin‑modellen (SVM) i det smarta innersulssystemet för att klassificera och känna igen olika mänskliga rörelsestatusar.

Jämfört med djupinlärningsmodeller erbjuder denna maskininlärningsmodell fördelarna med snabbare träningshastighet, oberoende av stora datamängder, väl definierade beslutsgränser och tydliga optimeringsmål, vilket gör den väl lämpad för denna studie.

Modellen tränades på data som samlades in under åtta olika rörelsestatusar. Datamängden innehöll totalt 1275 märkta prover, varav 80 % användes för träning och resten för validering.

När den var tränad kunde SVM‑modellen kategorisera indata och generera igenkänningsresultat, vilka studien noterade var 100 % för alla tränade statusar.

Med hjälp av denna avancerade modell kunde systemet identifiera åtta olika rörelsestatusar. Detta inkluderar statiska rörelser som sittande och stående, till mer dynamiska som knäböjning och löpning. Det omfattar även enbensstående, gång samt upp- och nedstegning av trappor.

Sensorernas fördelning från tå till häl möjliggör samtidigt för forskare att se exakt hur trycket på olika delar av foten varierar vid olika aktiviteter, såsom gång jämfört med löpning.

På grund av de komplexa tryckmönstren i tå- och hälregionerna placeras ett större antal sensorer där, medan färre (endast två) finns i bågsområdet. Denna designstrategi säkerställer att även med ett begränsat antal sensorer fångas viktig fottrycksinformation effektivt.

Som förväntat appliceras trycket under gång sekventiellt från häl till tår, i kontrast till löpning där nästan alla sensorer utsätts för tryck samtidigt. Dessutom utgör tryckapplikationstiden under gång endast ungefär hälften av den totala tiden, och bara cirka en fjärdedel under löpning.

När det gäller säkerhet säkerställer teamet att deras enhet har låg risk genom att använda flexibla och säkra material för innersulorna.

För kontinuerlig användning har teamet installerat små litiumbatterier som driver den bärbara systemet. De flexibla perovskitsolarmodulerna (FPSM) omvandlar solljus till energi, som sedan lagras i dessa batterier och möjliggör en självförsörjande energiförsörjning. Dessa batterier, integrerade i innersulans bågsområde för att förbättra komfort, bekvämlighet och stabilitet, påverkar inte användarens dagliga aktiviteter eller orsakar någon skada.

Mot personligt, förebyggande och prediktivt sjukvård

När det gäller prestanda visade de smarta innersulorna som forskarna skapade imponerande resultat. De uppvisade ingen märkbar försämring ens efter 180 000 cykler av kompression och dekompression, vilket demonstrerar deras stabilitet och långsiktiga hållbarhet.

“Gränssnittet är flexibelt och ganska tunt, så även under upprepad deformation kan det förbli funktionellt. Kombinationen av mjukvara och hårdvara innebär att det inte är lika begränsat.”

– Li

Således syftar forskarna med sina smarta innersulor till att stödja gånganalys för att upptäcka tidiga avvikelser kopplade till neurologiska tillstånd, såsom Parkinsons sjukdom, muskuloskeletala störningar och fottrycksrelaterade tillstånd som diabetiska fotulcer.

Systemets låga kostnad, tillsammans med dess mekaniska robusthet och enkla tillverkning, möjliggör anpassade, ergonomiska designer för patienter med hög båge eller platta fötter.

Dessutom gör användningen av AI i det nya systemet det möjligt att erbjuda vård anpassad till varje individs specifika behov och livsstil. Detta innebär att bärarna kan använda den för att korrigera sin hållning, förebygga skador och övervaka rehabilitering.

Men det är inte allt; forskarna tror också att deras system kan anpassas för rörelseoptimering, trötthetsprediktion och skräddarsydd träningsplanering i framtiden. Studien noterade:

“Sammanfattningsvis fungerar den integrerade smarta innersulan som en hållbar lösning för att revolutionera nästa generations sjukvårdspraxis och internet of things. Konceptet som involverar synergier mellan material, enheter, hårdvara och mjukvara kan potentiellt expandera till alternativa områden och öppna spännande möjligheter för digital interaktion mellan människor och världen.”

Om du undrar när du kan få tag på dessa bärbara enheter, förväntar sig forskarna att tekniken blir kommersiellt tillgänglig inom de kommande tre till fem åren.

För närvarande arbetar forskarna med att ytterligare förbättra systemets förmåga att känna igen gester, vilket skulle kräva testning på mer diversifierade populationer. Enligt Li:

“Vi har så många variationer bland individer, så att demonstrera och träna dessa fantastiska förmågor på olika populationer är något vi behöver ägna mer uppmärksamhet åt.

Klicka här för att lära dig mer om den nya smarta masken som kan analysera andningskondensat för sjukdomar i realtid.

Innovativa företag

Nike Inc.

I världen av bärbara enheter har teknikjättarna Apple (AAPL ) och Alphabet Inc. (GOOG ) (GOOGL ) tagit en betydande marknadsandel. Apple leder inom bärbar hälsoteknik med sin Apple Watch, medan Google gör sitt avtryck med fitness‑trackern Fitbit.

Men idag kommer vi att fokusera på skogiganten Nike, som ständigt expanderar sina digitala hälsotjänster och smarta klädesplagg.

På marknaden för bärbara enheter har Nike erbjudit flera produkter genom åren, inklusive handledsenheter som sportklockor och aktivitetsarmband.

Förra sommaren lanserade Nike sin självknutna basketbollssko Adapt BB, som, som namnet antyder, anpassar sig till fotens form i realtid för optimal känsla. En specialmotor och växellåda i skon känner av utrymmet runt foten och justerar därefter för att ge en perfekt passform.

Nike Adapt BB är en kontinuerligt uppdaterad prestandaprodukt som levereras med en app och ett avancerat kraftsnörningssystem. Företaget har valt basket som lanseringsplattform för skon, med FitAdapt‑systemet som i framtiden kan tillämpas på andra sport- och livsstilsprodukter när det har förfinats för att ge optimal passform i basket.

Nike har också tillkännagett ett partnerskap med återhämtningsteknologileverantören Hyperice för att utveckla teknikdrivna stövlar kallade Hyperboot. Målet med samarbetet är att utveckla bärbar teknik för idrottare för att förbättra deras prestation och återhämtning.

Dessa batteridrivna högkvarnsskor är designade för att gynna både uppvärmning och återhämtning. Stövlarna erbjuder värme- och dynamisk luftkompressionsmassage, som kan justeras upp till tre nivåer genom att trycka på en knapp.

“Hyperboot hjälper kroppen att förberedas för aktivitet, oavsett om du spelar för en titel eller står på fötterna mycket på jobbet.”

– Tobie Hatfield, senior director of Nike Athlete Innovation

Detta partnerskap arbetar också på en mångsidig väst som använder termoelektriska kylare för att leverera omedelbar värme och kyla, vilket gör att idrottarna kan anpassa miljön som de inte kan kontrollera. Sensorerna i de termiska modulerna i västen övervakar och upprätthåller autonomt kroppstemperaturen.

Med ett börsvärde på 84,5 miljarder dollar handlas Nike-aktier för närvarande till 57,23 $, en nedgång på 24,5 % år‑till‑datum. Företaget har ett EPS (TTM) på 3,01, ett P/E (TTM) på 19,04 och ett ROE (TTM) på 31,93 %. Nike betalar också en utdelningsavkastning på 2,80 %.

När det gäller företagets finanser rapporterade Nike i mars 2025 resultat för tredje kvartalet som avslutades den 28 februari 2025, under vilket de hade 11,3 miljarder dollar i intäkter, en nedgång på 9 % från föregående år samtidigt som bruttomarginalen minskade till 41,5 % och den utspädda vinsten per aktie landade på 0,54 $, en minskning med 30 %.

Kassa och motsvarande samt kortfristiga investeringar vid kvartalets slut uppgick till 10,4 miljarder dollar, medan Nike återbetalade 1,1 miljarder dollar till aktieägarna genom 594 miljoner dollar i utdelningar och 499 miljoner dollar i återköp av aktier.

“Det som är uppmuntrande är att NIKE gjorde ett avtryck detta kvartal, ledande inom sport genom idrottsberättelser, prestationsprodukter och stora sportögonblick. Driftsmiljön är dynamisk, men det som betyder mest för NIKE är att betjäna idrottare med ny produktinnovation och återuppväcka varumärkesmomentum genom sport.”

– CEO Elliott Hill

För fjärde kvartalet förutspår företaget en brantare nedgång än förväntat. Intressant nog körde Nike i år sin första Super Bowl‑reklam på nästan tre decennier. Företaget står för närvarande inför hotet från president Donald Trumps reciprocala tullar, vilka påverkar deras leveranskedja, särskilt i Vietnam, Indonesien och Kina.

Klicka här för att lära dig mer om nästa våg av bärbara enheter.

Slutsats 

Med världens befolkning som snabbt åldras blir upprätthållande av fysisk funktion och självständighet extremt viktigt för deras övergripande välbefinnande. Här är övervakning av gång nyckeln till att erbjuda ett kostnadseffektivt sätt att bedöma olika åldersrelaterade tillstånd som påverkar nervsystemet och att ge värdefulla insikter i hälsan och potentiella rörlighetsbegränsningar för äldre generationer. Gånganalys erbjuder också ett lovande tidigt diagnostiskt verktyg för att upptäcka avvikelser innan de blir kroniska eller försvagande.

Det senaste självförsörjande systemet med sin realtidsgånganalys visar enorm potential inom förebyggande hälsa. Dess integration med AI och smartphone‑appar kan ytterligare göra hållningskorrigering, skadeförebyggande och till och med falldetektering tillgänglig för massorna, vilket främjar en hälsosammare befolkning och framtid!

Studier som refereras:

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