科技日報訊 （記者頡滿斌 通訊員余若怡）記者5月7日從蘭州大學獲悉，該校物理科學與技術學院教授蘭偉、靳志文以及美國俄亥俄州立大學教授李婧華組成的聯合團隊，成功研制出一種高集成度、自供能、無線智能鞋墊，可實現足底壓力實時監測與多運動狀態精準識別。相關研究成果日前發表在國際期刊《科學進展》上。
“走路、跑步這些日常動作看似簡單，實則蘊含著身體狀態的重要信息。步態可以反映人體的運動狀態、健康水平及潛在患病風險。”蘭偉說，比如，老年人走路時步態不穩，可能是身體出問題的信號。年輕人運動后長期步態異常，或許暗示著運動損傷。而步態監測不僅能用于心力衰竭、帕金森、腦卒中等疾病的早期篩查與評估，還能用于運動姿態糾正、跌倒預警。
足底壓力監測是步態監測的重要組成部分，為步態監測提供了數據支撐。“足底壓力監測專注于采集足底與支撐面接觸時產生的壓力數據，這些數據直觀反映了足部在運動過程中的受力分布、壓力變化規律，是判斷步態正常與否的重要依據。”蘭偉說。
為實現足底壓力監測以及步態實時可視化分析，聯合團隊研發出一種智能鞋墊。該鞋墊內部集成了22路壓力傳感器，如同在足底構建了一張細密的感知網絡，能夠精準捕捉足底每處細微的壓力變化。當人們踩著這款鞋墊行走、運動時，傳感器采集到的壓力數據會被實時傳輸到智能手機端，通過專門的應用程序，將復雜的壓力數據轉化為直觀的動態可視化圖像。無論是足底壓力的分布區域，還是壓力值隨時間的變化曲線，都能一目了然地呈現在用戶眼前。
在運動狀態識別方面，研究團隊運用支持向量機的機器學習模型，為智能鞋墊打造了“智慧大腦”。該模型通過大量的運動數據訓練，能夠精準識別坐、站、走、跑、跳、蹲等8種常見運動狀態。當用戶踩著智能鞋墊運動時，鞋墊中的壓力傳感器采集到的實時數據會傳輸給模型，模型可快速對數據進行分析處理，判斷出用戶當前的運動狀態。
蘭偉介紹，未來老年人出門散步，只需穿上這雙智能鞋墊，子女就能通過手機實時查看老人的步態數據。一旦監測到步態異常或老人有跌倒風險，鞋墊會立即發出警報，為老人的出行安全保駕護航。對于熱愛健身的年輕人，智能鞋墊可以精準識別其跑步、跳躍等運動狀態，分析足底壓力分布，幫助他們糾正錯誤的運動姿態，避免因運動不當造成損傷。在兒童成長過程中，家長可以借助智能鞋墊監測孩子的步態情況，及時發現潛在的足部問題。
為解決智能鞋墊的續航難題，研究團隊開發了柔性鈣鈦礦太陽能電池。這種電池就像一層輕薄的“能量膜”，可以貼附在鞋面外側。它具備高效的光電轉換能力，在普通光照條件下，可快速將太陽能轉化為電能，再通過智能電路將電能存儲在鞋墊內置的鋰電池中。如此一來，智能鞋墊無需頻繁充電，即可實現長時間自供能運行，徹底擺脫對外部電源的依賴。
