New Brunswick – Ingenieure der Rutgers University haben einen intelligenten Schuh entwickelt, der den Gang seines Trägers automatisch analysiert. Das ermöglicht die kontinuierliche Kontrolle des Krankheitsbildes von Menschen mit Parkinson, Rückenmarksverletzungen, traumatischen Hirnverletzungen und anderen Bewegungsstörungen. Der Prototyp analysiert Bewegungen mit einer Genauigkeit von 95,4 Prozent, zählt dabei Schritte und schätzt den Kalorienverbrauch, heisst es.
Stromerzeugung bei jedem Schritt
Der Schuh benötigt nicht einmal eine Batterie. Denn den erforderlichen Strom erzeugt der Träger selbst. Ein in die Sohle eingebautes Gerät erzeugt aus der Bewegung beim Gehen Strom. Der als triboelektrischer Effekt bekannte Vorgang hängt mit der statischen Elektrizität zusammen, die entsteht, wenn verschiedene Materialien aneinander reiben. Seine Innovation stellt der Biomedizintechniker Simiao Niu in «Science Advances» vor.
Wissenschaftler verwenden den Begriff «Gangbild», um die Art der Bewegung einer Person zu beschreiben. Dazu gehören Gleichgewicht, Geschwindigkeit, Schrittlänge und Rhythmus. Veränderungen können Hinweise auf den Krankheitsverlauf, das Sturzrisiko oder den Rehabilitationsfortschritt geben.
Heute ermitteln Ärzte das Gangbild, indem sie den Patienten kurz begutachten, wenn dieser ein paar Schritte macht. Der neue Schuh stellt dagegen kontinuierlich Daten zur Verfügung, die die Beurteilung verbessern. Ausserdem liefert er seinem Träger Informationen, die auf einem kleinen Monitor auf dem Schuh erscheinen, so die Entwickler der Rutgers University.
KI wertet die Fussbewegungen aus
Zentrales Element des innovativen Hightech-Schuhs ist ein Beschleunigungssensor, der die Bewegung des Fusses nach vorn, zur Seite und nach oben misst. Die Daten werden von einem Mikroprozessor ausgewertet, der Künstliche Intelligenz (KI) zu Hilfe zieht. Der Sensor und der KI-Algorithmus benötigen zusammen eine Leistung von 86 Mikrowatt – ein Bruchteil der Energie, die viele tragbare KI-Systeme verbrauchen.
In Labortests hat bereits langsames Gehen genug Strom erzeugt, um das gesamte System zu versorgen. Der Prototyp wurde anhand der Daten von vier gesunden Probanden im Alter von 23 bis 26 Jahren trainiert. Im nächsten Schritt wird er älteren Erwachsenen, Menschen mit Bewegungsstörungen und Patienten in der Rehabilitation getestet, heisst es abschliessend. (pte/mc/ps)