一组来自英国的研究人员开发了一款结合人工智能技术的低成本智能鞋垫，该鞋垫可准确预估三维地面对脚掌的反作用力(3D GRF)。这一便携式解决方案克服了传统力测量平台设备在成本和便利性方面的诸多局限。

如果一双鞋垫不仅仅是支撑你的双脚呢？想象一下，鞋垫不仅能够监控你的健康、改善锻炼效果，甚至帮助医生治疗疾病。研究人员团队通过新型智能鞋垫系统将这一设想变为现实。该系统能够精准测量身体与地面的互动，通过估算地面反作用力，为运动科学和医疗保健领域带来新的可能。

精确测量运动中的地面反作用力一直是运动科学专家和医疗专家的重要目标。无论是为运动员优化训练，还是为行动不便者提供先进康复方案，这项技术都能带来显著的变革性影响。然而，传统测量方法却难以满足实际需求。

“传统工具如测力台或测力跑步机价格昂贵、体积庞大，且仅限于实验室环境，并且可能会影响自然的步态模式。” 该团队的研究员张鼎煌(Dinghuang Zhang)博士解释道。“我们想要创造一种经济实惠且便携的替代方案，让人们可以轻松地将其融入日常生活。如果鞋垫能够提供与测力板相似的结果，那么这不仅对行业是一个重大突破，它也将彻底改变医疗保健、运动科学和康复领域，让先进的运动分析技术普及到每个人，无论他/她身处何地。”

为此，该团队开发了TG0智能鞋垫，它能够捕捉细粒度的运动信息，比如脚部不同部位的压力分布，而内置的惯性测量单元(IMU)则提供了精确的运动追踪。

“智能鞋垫成为一个非常多功能的数据采集平台，不仅支持实验研究，还适用于医疗保健、康复和运动科学等领域的实际应用，”项目负责人兼TG0首席技术官郭留成(Liucheng Guo)博士解释道。

利用先进的TG0智能鞋垫与创新的人工智能(AI)，该研究表现出了极高的准确性，误差率低至4.16%。

在以往的方法中，例如使用运动传感器或压力鞋垫的方法，通常存在 8% 至 20% 的误差率。即使是配备专门设计的高科技传感器的系统，也难以取得更高的精度。相比之下，TG0智能鞋垫系统的表现远超这些方法，为实际场景中的运动监测提供了可靠且经济实惠的解决方案。

“这为我们带来了令人兴奋的突破，”郭博士补充道。“运动员可以轻松分析自己的运动表现，降低受伤风险，并实现更优化的训练。在医疗保健领域，这一系统非常适合监测老年人的步态，或检测病人恢复情况。” 团队认为这项技术将彻底改变我们如何在日常生活中监测运动。无论是手术后的恢复、训练，还是随着年龄增长对老年人移动能力的长期监测，这些智能鞋垫为各种用户提供了一种实用、低成本的解决方案。

此外团队还创建了一个公开可用的数据集，结合了智能鞋垫传感器数据和标准测力平台的读数。这个数据集是首个包含智能鞋垫多模态数据与测力台读数的数据集，有望加速生物力学和可穿戴技术领域的研究。

“这只是一个开始，” 张博士总结道。“我们很高兴看到这一便捷技术如何通过提供精准的运动数据，改善每个人的生活。”

该项研究已发表在期刊Intelligent Sports and Health上，欢迎领域内学者同仁阅读、下载。

Dinghuang Zhang, Ying Liu, Timothy Exell, Yuxiang Huang, Dalin Zhou, Liucheng Guo, Mechanisms of phenolic biosynthesis induced by ultrasound stress in fresh-cut red cabbages based on energy metabolism analysis, Intelligent Sports and Health,

Volume 1, Issue 1, January 2025, Pages 40-50

https://doi.org/10.1016/j.ish.2024.12.005

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