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人工知能・AIブログ

2020年6月19日

AI(人工知能)事例集 vol.198 AI搭載のシューズで歩行分析に大きな躍進

スティーブンス工科大学の研究者は、どんな靴でも瞬時に歩行分析が可能になるAIを搭載したスマートなインソールを開発しました。

高精度でリアルタイムの歩行データを提供できるスマートインソール

IEEE Transactions on Neural Systems and Rehabilitation Engineeringの2020年1月号で報告されたこの作品は、生活環境の中で、運動障害や筋骨格系の損傷を持つ患者の歩行機能を正確に測定する新しい方法を提供することで、臨床研究者に利益をもたらす可能性があります。また、この技術は、アスリートのランニング技術の向上にも役立つことから、アスリートにとっても大きな進歩につながる可能性があります。

Stevens Wearable Robotic Systems LabのディレクターでもあるDamiano Zanotto氏は「実用的な観点からは、これは非常に貴重なことです。」と述べています。

1つのステップを踏むことは簡単なように思えるかもしれませんが、実生活の環境で人の歩行に関する信頼性の高い情報を取得することは、研究者にとって大きな課題となっています。カメラベースのモーションキャプチャシステムやフォースプレートなどの標準的な歩行分析技術は高価で、研究室内でしか使用できないため、実世界での人の歩き方についての洞察を得ることはほとんどできません。スマートシューズ、ポッド、インソールなどの新しいウェアラブル技術は、この限界を克服する可能性を秘めていますが、既存の製品では正確な歩行データを提供することは困難です。

Zanotto氏のチームは、スマートインソールが、既存の足に装着する技術よりも高い精度で、装着者の歩幅の長さ、速度、パワーに関するリアルタイムのデータを提供できることを示しています。

チームのSportSole技術は、加速度計とジャイロスコープを使用して、宇宙空間での自身の動きと向きを監視し、足底圧を検出するために力センサーのアレイを使用して、1秒間に500の測定値をキャプチャすることができ、これはスマート歩数計や他のウェアラブル歩行分析ツールよりも約5倍向上しているといいます。

従来の課題を克服する新たなAIアルゴリズム

また、ウェアラブルモーションセンサーは本質的にノイズが多いため、この課題を克服するために、毎秒500回の測定値をわずか数個の重要な特徴にまで絞り込み、その結果を数%ポイント以内の正確な歩行パラメータを迅速に抽出することができるAIアルゴリズムに送り込みました。

これは、計算量が多く、後で分析するためにデータを記録しなければならない他のAI歩行分析ツールに比べて大きな改善点となっています。

また、着用者が歩いているか走っているかに関係なく動作し、個々のユーザーのためにキャリブレーションやカスタマイズを必要とせずに正確な結果を生成します。予備的なテストでは、SportSoleは3歳の子供や前庭障害のある高齢者でも使用できることが確認されています。

このようなウェアラブルな歩行モニターは、研究者が運動障害者の治療法を最適化したり、脆弱な人々の遠隔モニタリングを可能にしたり、歩行やバランスに影響を与える可能性のある新しい治療法の安全性と有効性について重要な洞察を提供したりするのに役立つ可能性があるといいます。

【考察】歩行分析におけるAIの活用

普段何気なく行っている「歩行」は、実は複雑な動作で分析が困難なものでした。

AIを活用することで、そのデータを高精度に分析することができれば、運動障害や筋骨格系の損傷のある患者への適切な医療の手助けとなり、アスリートが能力を向上させるための新たなアプローチになることが期待できます。

参照元:AI-powered shoes unlock the secrets of your sole

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