Đế giày thông minh có thể phân tích dáng đi

Các nhà nghiên cứu tại Viện Công nghệ Stevens ở New Jersey (Mỹ) mới đây phát triển một loại đế giày thông minh được hỗ trợ trí thông minh nhân tạo (AI) có thể ngay lập tức biến bất kỳ chiếc giày nào thành phòng thí nghiệm di động phân tích dáng đi.

Công trình này được báo cáo trên tạp chí IEEE Transactions on Neural Systems and Rehabilitation Engineering vào tháng 1.2020, mô tả lợi ích đối với các nhà nghiên cứu lâm sàng bằng cách cung cấp một phương pháp mới để đo chính xác chức năng bước đi ở bệnh nhân bị rối loạn vận động hoặc chấn thương cơ xương. Công nghệ này cũng có thể đem đến tiến bộ đáng kể cho các vận động viên bằng cách giúp họ cải thiện kỹ thuật chạy.

“Từ quan điểm thực tiễn, công nghệ mới là vô giá. Bây giờ chúng ta có thể phân tích chính xác dáng đi của một người trong khoảng thời gian thực, môi trường sống thực”, Damiano Zanotto, tác giả chính của nghiên cứu, và cũng là giám đốc trường robot thiết bị đeo Stevens Wearable Robotic Systems Lab, nói.

Thực hiện một bước đi độc lập dường như rất đơn giản, nhưng nắm bắt thông tin đáng tin cậy về dáng đi của một người trong môi trường thực tế vẫn là một thách thức lớn đối với các nhà nghiên cứu. Những công nghệ phân tích dáng đi tiêu chuẩn vàng, như hệ thống chụp chuyển động dựa trên camera và các tấm lực, vốn rất tốn kém và chỉ có thể được dùng trong phòng thí nghiệm. Vì vậy, loại công nghệ đó chỉ cung cấp một phần nhỏ sự hiểu biết về cách mọi người bước đi trong thực tế. Ngược lại, các công nghệ có thể mang trên người như giày hoặc đế giày thông minh có khả năng khắc phục hạn chế này. Tuy nhiên, sản phẩm hiện có trên thị trường cũng không cung cấp dữ liệu dáng đi chính xác.

Trong nghiên cứu của mình, Damiano Zanotto và nhóm của ông cho thấy đế giày thông minh họ tạo ra có thể cung cấp dữ liệu theo thời gian thực về chiều dài, tốc độ và sức mạnh của sải chân với độ chính xác cao hơn so với công nghệ đeo trên chân hiện tại, với chi phí chỉ bằng một phần thiết bị làm thí nghiệm. Công nghệ SportSole mới của nhóm sử dụng gia tốc kế và con quay hồi chuyển để theo dõi chuyển động và định hướng của chính nó trong không gian. Ngoài ra, công nghệ mới còn dùng môt loạt cảm biến lực để phát hiện áp lực gan bàn chân, cho phép nó ghi lại 500 lần đọc mỗi giây, mức cải thiện cao gấp 5 lần so với công cụ đo bước đi thông minh khác.

Cảm biến chuyển động có thể đeo trên người thường kèm theo các dao động ngẫu nhiên che khuất tín hiệu hoặc dữ liệu thực. Để vượt qua thách thức này, nhóm của ông Damiano Zanotto đã mô phỏng 500 số đo mỗi giây xuống chỉ bằng một vài tính năng chính, sau đó đưa kết quả vào thuật toán AI có khả năng trích xuất nhanh các tham số dáng đi chính xác trong một vài điểm phần trăm. Đây là cải tiến lớn so với các công cụ phân tích dáng đi khác có trang bị AI. Hệ thống công nghệ mới có thể hoạt động bất kể khi người đi giày đang đi hay đang chạy, và tạo ra kết quả chính xác mà không cần hiệu chuẩn hoặc tùy chỉnh cho từng người dùng cụ thể. Thử nghiệm sơ bộ cho thấy đế giày SportSole thậm chí hoạt động hiệu quả với trẻ em từ ba tuổi trở lên và người lớn bị rối loạn tiền đình, đối tượng vốn có dáng đi rất khác so với người trưởng thành khỏe mạnh.

Hầu hết các nhà nghiên cứu dáng đi sử dụng cảm biến cao cấp có giá từ 1.000 USD trở lên, nhưng Damiano Zanotto và nhóm của ông lại sử dụng cảm biến từ những nguồn cung cấp hiện có với giá khoảng 100 USD, sau đó dựa vào AI để trích xuất dữ liệu đáng tin cậy. “Chúng tối đang đạt được kết quả tương tự hoặc tốt hơn với chi phí thấp hơn nhiều. Và đó là một vấn đề quan trọng khi nói đến việc nhân rộng công nghệ này”, ông Damiano Zanotto nói.