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步態(tài)，能反映人體健康狀況。一次不經(jīng)意的崴腳、走路時(shí)的輕微搖晃，可能隱藏著足弓塌陷、神經(jīng)肌肉病變甚至帕金森病的早期信號(hào)。然而，步態(tài)信息難以被精準(zhǔn)、連續(xù)、無感地捕捉，許多患者因此錯(cuò)過了最佳干預(yù)時(shí)機(jī)。如今，中國科學(xué)院院士、西安電子科技大學(xué)教授郝躍團(tuán)隊(duì)研發(fā)的一款仿生鞋墊，有望打破這一困境。

臨床上，一個(gè)常見的難題是：患者因走路“有點(diǎn)不對(duì)勁”就診，但常規(guī)影像學(xué)和步態(tài)評(píng)估卻顯示“正?！?。等到癥狀明確，往往已錯(cuò)過康復(fù)黃金期。對(duì)于普通家庭而言，一次全面的步態(tài)評(píng)估往往需要多次掛號(hào)、預(yù)約專業(yè)實(shí)驗(yàn)室，耗時(shí)耗力且費(fèi)用不低。而這款鞋墊有望將專業(yè)級(jí)步態(tài)分析融入日常穿戴，讓患者在熟悉的家居環(huán)境中完成長期監(jiān)測。

郝躍團(tuán)隊(duì)成員、西安電子科技大學(xué)信息交叉學(xué)部準(zhǔn)聘副教授李迎春對(duì)記者說，傳統(tǒng)可穿戴設(shè)備在步態(tài)分析領(lǐng)域長期受制于“三座大山”：傳感器靈敏度與量程難以兼顧、電池續(xù)航不足、海量數(shù)據(jù)缺乏有效分析手段。

螳螂給了郝躍團(tuán)隊(duì)啟發(fā)?！绑氩妒硶r(shí)，腿部既要感知獵物微弱的動(dòng)靜，又要承受自身快速移動(dòng)帶來的強(qiáng)大沖擊——這種看似矛盾卻同時(shí)存在的分級(jí)機(jī)械傳感結(jié)構(gòu)，給了我們啟發(fā)。”郝躍團(tuán)隊(duì)成員、西安電子科技大學(xué)集成電路學(xué)部教授常晶晶說。

基于此，該團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)出雙微結(jié)構(gòu)電容傳感器，實(shí)現(xiàn)了高靈敏與寬量程的統(tǒng)一：檢測下限低至0.10帕斯卡（相當(dāng)于羽毛輕觸腳底的力度），最大量程高達(dá)1.4兆帕（足以承受劇烈起跳的沖擊）。“這相當(dāng)于為患者配備了一位24小時(shí)不知疲倦的觸覺專家。”西安電子科技大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院副教授李向?qū)幷f。

另一個(gè)要解決的難題是如何擺脫頻繁充電的煩惱。常晶晶對(duì)記者說，很多患者起初愿意配合使用鞋墊，但一聽說每天要給鞋墊充電或背著外接電源，依從性就大打折扣。為此，該團(tuán)隊(duì)成員將納米鈣鈦礦太陽能電池與高容量鋰硫電池整合進(jìn)鞋墊，平均光電轉(zhuǎn)換效率達(dá)11.21%，儲(chǔ)能效率達(dá)72.15%。在戶外或有光環(huán)境下，鞋墊可以通過太陽能自充電；無光時(shí)，內(nèi)置電池也能保證8小時(shí)以上連續(xù)供電。

硬件采集的足底壓力數(shù)據(jù)只是原始信息，只有將這些原始數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，才能發(fā)揮其價(jià)值。鞋墊通過16通道無線模塊實(shí)時(shí)傳輸數(shù)據(jù)，嵌入的人工智能算法則扮演“解碼者”。經(jīng)過訓(xùn)練，系統(tǒng)對(duì)足弓異常的識(shí)別準(zhǔn)確率達(dá)96%，對(duì)12種病理步態(tài)（包括帕金森病慌張步態(tài)、腦卒中偏癱步態(tài)等）的綜合分類準(zhǔn)確率高達(dá)97.6%。