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Los nuevos zapatos SUEDE aplican tecnología inteligente para la prevención de lesiones en el tobillo

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Los esguinces de tobillo son una de las lesiones musculoesqueléticas más comunes y generalmente involucran un ligamento estirado o desgarrado en la articulación. Un simple paso en falso que conduce a un esguince puede afectar significativamente la actividad física y la calidad de vida.

La prevención y la recuperación de los esguinces de tobillo generalmente implican apoyos pasivos externos, como cinta adhesiva y aparatos ortopédicos. Pero estas soluciones pueden causar problemas.

El uso a largo plazo de métodos pasivos puede debilitar los músculos de soporte y el tejido blando alrededor de la articulación, lo que hace que una persona dependa de su uso perpetuo. Si bien restringir el movimiento de la articulación puede prevenir futuros esguinces, también hace que el tobillo sea menos capaz de lidiar con perturbaciones como terrenos irregulares sin soporte adicional y altera negativamente la función natural del pie y la pierna.

Un equipo de investigadores de la Universidad Estatal de Arizona está creando un sistema de soporte de tobillo automatizado y activo para superar las limitaciones de los métodos de tratamiento actuales.

El zapato Smart User-Effective Data-Enabled, o SUEDE, es un sistema de calzado inteligente portátil que apoya activamente el tobillo sin obstaculizar el movimiento natural. Su abrazadera suave puede ajustar la rigidez del soporte para ayudar al usuario según sea necesario, en lugar de las cintas de soporte constante menos útiles y las abrazaderas tradicionales que ofrecen.

«Los dispositivos portátiles pueden brindar apoyo continuo al usuario humano durante las actividades diarias», dice Hyunglae ​​​​Lee, profesor asociado de ingeniería mecánica y aeroespacial en las Escuelas de Ingeniería Ira A. Fulton de ASU, quien lidera el equipo que desarrolla SUEDE Shoe. «Con los avances recientes en tecnologías de sensores y actuadores y algoritmos de control y aprendizaje automático, también esperamos que el dispositivo portátil sea más inteligente, más pequeño y más cómodo».

También proporcionará a los usuarios una evaluación del riesgo de lesiones acumuladas en tiempo real y los ayudará a seguir las pautas de tratamiento clínico a través de una interfaz de usuario intuitiva basada en teléfonos inteligentes.

El proyecto es una colaboración entre las Escuelas de Fulton, el Instituto Herberger para el Diseño y las Artes y la Facultad de Soluciones de Salud de ASU que también incluirá consultas de medicina ortopédica y fisioterapia por parte del Instituto CORE y Rise Orthopaedic and Sports Physical Therapy.

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«El sistema de calzado inteligente activo requiere una estrecha integración de las innovaciones en el procesamiento de datos de sensores, la actuación inteligente, el modelado biomecánico, la predicción de lesiones y el control de circuito cerrado, y un amplio estudio de la experiencia del usuario y un estudio de integración clínica, que no se puede lograr sin un equipo interdisciplinario de ingenieros, investigadores de ciencias del comportamiento y médicos», dice Lee.

Lee está a cargo del modelado biomecánico de la mecánica del tobillo y del desarrollo de la tobillera activa blanda. Este proyecto se basa en su investigación anterior y en curso sobre estudios de tobillo y robótica portátil suave.

«Nuestro laboratorio, el Laboratorio de Robótica Humana y Control Neuromuscular, ha desarrollado una plataforma robótica novedosa patentada para caracterizar la mecánica y la estabilidad del tobillo durante tareas funcionales, incluida la marcha dinámica», dice Lee, quien es miembro de la facultad en la Escuela de Ingeniería de la Materia. , Transporte y Energía, una de las siete Escuelas de Fulton. «También hemos desarrollado un dispositivo de tobillo robótico suave y evaluado su eficacia sobre la contraparte rígida».

Sze Zheng Yong, profesor asistente de ingeniería mecánica y aeroespacial en la Escuela de Ingeniería de la Materia, el Transporte y la Energía, está desarrollando algoritmos de predicción y control para proporcionar asistencia activa para el tobillo según sea necesario. Aporta experiencia en teoría de control y estimación con énfasis en la seguridad, que es una preocupación principal para un dispositivo portátil automatizado.

Pavan Turaga es profesor en la Escuela de Ingeniería Eléctrica, Informática y Energética, otra de las siete Escuelas de Fulton, y profesor en la Escuela de Artes, Medios e Ingeniería, un programa transdisciplinario de medios digitales en colaboración con el Instituto Herberger de Diseño y las Artes y las Escuelas de Fulton. Turaga aporta su experiencia en el aprendizaje automático y el modelado de fenómenos dinámicos complejos para el procesamiento de datos del sensor y los aspectos de reconocimiento de actividad del SUEDE Shoe.

«La biomecánica del tobillo es un excelente ejemplo de un sistema dinámico complejo, donde muchos parámetros importantes no se observan directamente», dice Turaga. «Los enfoques basados ​​en el aprendizaje automático pueden ayudar a cerrar esas brechas».

Matthew Buman, profesor y director de visión y soluciones estratégicas del College of Health Solutions, está interesado en investigar cómo se pueden aprovechar el sueño, el comportamiento sedentario y la actividad para promover la salud. Está diseñando e implementando la interfaz de usuario intuitiva y evaluando su usabilidad para admitir el sistema de calzado inteligente.

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El equipo de ASU está adoptando un enfoque innovador para diseñar el sistema, con uso avanzado de sensores, teoría de control, aprendizaje automático y práctica clínica.

«Estas áreas no se habían reunido antes para la biomecánica del tobillo con este grado de precisión y coherencia», dice Turaga.

A lo largo del proyecto de cuatro años, el equipo desarrollará el sistema SUEDE Shoe, que involucra la abrazadera suave y el modelado y algoritmos de datos adicionales. Los investigadores cuantificarán y modelarán el movimiento de los tobillos sanos y aquellos con riesgo de lesión, e integrarán un algoritmo para la predicción de lesiones y un algoritmo para determinar cuándo el tobillo necesita un soporte activo para evitar distensiones.

El equipo perfeccionará continuamente los algoritmos y la interfaz de usuario durante el proyecto, y evaluará y validará el sistema de calzado inteligente con la ayuda de socios clínicos.

El cirujano ortopédico Ryan Scott del Instituto CORE y el fisioterapeuta Mark Jagodzinski de Rise Orthopaedic and Sports Physical Therapy brindan una amplia experiencia en la rehabilitación del tobillo. Trabajarán con el equipo de ASU para diseñar protocolos y planes de tratamiento, evaluar medidas de desempeño y evaluar la efectividad del enfoque SUEDE Shoe en un grupo de pacientes.

El zapato SUEDE será beneficioso para los médicos porque les ayudará a comprender mejor la mecánica del pie y el tobillo y cómo se correlacionan con el riesgo de lesiones en el tobillo durante una variedad de actividades físicas. También podrán ayudar mejor a sus pacientes a través de comentarios oportunos y efectivos sobre la práctica de las estrategias de prevención de lesiones por parte del paciente.

El equipo está entusiasmado con el potencial de mejorar vidas a través de esta solución innovadora.

«El movimiento humano y la biomecánica son fenómenos muy complejos, una comprensión más profunda de los cuales puede afectar directamente la salud humana y, al mismo tiempo, genera mucho en juego y un alto impacto», dice Turaga. «Creo que el potencial de impacto es el aspecto más emocionante».


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Soy un viajero de 29 años y vendedor en una tienda de prêt-à-porter. Me incorporé al equipo de redacción de AltaVision.news en octubre de 2021.