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Les nouvelles chaussures SUEDE appliquent une technologie intelligente à la prévention des blessures à la cheville

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Les entorses de la cheville sont l’une des blessures musculo-squelettiques les plus courantes, impliquant généralement un ligament étiré ou déchiré dans l’articulation. Un simple faux pas entraînant une entorse peut avoir un impact significatif sur l’activité physique et la qualité de vie.

La prévention et la récupération des entorses de la cheville impliquent généralement des supports passifs externes, tels que du ruban adhésif et des orthèses. Mais ces solutions peuvent causer des problèmes.

L’utilisation à long terme de méthodes passives peut affaiblir les muscles de soutien et les tissus mous autour de l’articulation, rendant une personne dépendante de leur utilisation perpétuelle. Bien que la restriction du mouvement de l’articulation puisse prévenir de futures entorses, elle rend également la cheville moins capable de faire face à des perturbations telles qu’un terrain accidenté sans soutien supplémentaire et altère négativement la fonction naturelle du pied et de la jambe.

Une équipe de chercheurs de l’Arizona State University est en train de créer un système de support de cheville actif et automatisé pour surmonter les limites des méthodes de traitement actuelles.

La chaussure Smart User-Effective Data-Enabled, ou SUEDE, est un système de chaussures intelligentes portables qui soutient activement la cheville sans entraver le mouvement naturel. Son attelle souple peut ajuster la rigidité du support pour aider l’utilisateur au besoin, plutôt que les bandes de soutien constant moins utiles et les attelles traditionnelles.

« Les appareils portables peuvent fournir un soutien continu à l’utilisateur humain pendant les activités quotidiennes », déclare Hyunglae ​​Lee, professeur agrégé d’ingénierie mécanique et aérospatiale aux écoles d’ingénierie Ira A. Fulton de l’ASU, qui dirige l’équipe de développement de la chaussure SUEDE. « Avec les progrès récents des technologies de capteurs et d’actionneurs et des algorithmes de contrôle et d’apprentissage automatique, nous nous attendons également à ce que l’appareil portable soit plus intelligent, plus petit et plus confortable. »

Il fournira également aux utilisateurs une évaluation en temps réel des risques de blessures cumulés et les aidera à suivre les directives de traitement clinique via une interface utilisateur intuitive basée sur un smartphone.

Le projet est une collaboration entre les écoles Fulton, le Herberger Institute for Design and the Arts et le College of Health Solutions de l’ASU qui impliquera également une consultation en médecine orthopédique et en physiothérapie par le CORE Institute et Rise Orthopaedic and Sports Physical Therapy.

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« Le système de chaussures intelligentes actives nécessite une intégration étroite des innovations dans le traitement des données des capteurs, l’actionnement intelligent, la modélisation biomécanique, la prédiction des blessures et le contrôle en boucle fermée, ainsi qu’une étude approfondie de l’expérience utilisateur et une étude d’intégration clinique, qui ne peuvent être réalisées sans une équipe interdisciplinaire de ingénieurs, chercheurs en sciences du comportement et cliniciens », déclare Lee.

Lee est responsable de la modélisation biomécanique de la mécanique de la cheville et du développement de l’attelle de cheville active souple. Ce projet s’appuie sur ses recherches antérieures et en cours sur les études de la cheville et la robotique portable souple.

« Notre laboratoire, le Laboratoire de contrôle neuromusculaire et de robotique humaine, a développé une nouvelle plate-forme robotique brevetée pour caractériser la mécanique et la stabilité de la cheville lors de tâches fonctionnelles, y compris la marche dynamique », explique Lee, membre du corps professoral de l’École d’ingénierie de la matière. , Transport et Énergie, l’une des sept écoles Fulton. « Nous avons également développé un dispositif de cheville robotique souple et évalué son efficacité par rapport à la contrepartie rigide. »

Sze Zheng Yong, professeur adjoint de génie mécanique et aérospatial à l’École d’ingénierie de la matière, des transports et de l’énergie, développe les algorithmes de prédiction et de contrôle pour fournir un soutien actif de la cheville selon les besoins. Il apporte son expertise en théorie du contrôle et de l’estimation en mettant l’accent sur la sécurité, qui est une préoccupation majeure pour un appareil portable automatisé.

Pavan Turaga est professeur à l’École de génie électrique, informatique et énergétique, une autre des sept écoles Fulton, et professeur à l’École des arts, des médias et de l’ingénierie, un programme transdisciplinaire de médias numériques en collaboration avec l’Institut Herberger pour le design et les arts et les écoles Fulton. Turaga apporte son expertise en apprentissage automatique et en modélisation de phénomènes dynamiques complexes pour les aspects de traitement des données des capteurs et de reconnaissance d’activité de la chaussure SUEDE.

« La biomécanique de la cheville est un excellent exemple d’un système dynamique complexe, où de nombreux paramètres importants ne sont pas directement observés », déclare Turaga. « Les approches basées sur l’apprentissage automatique peuvent aider à combler ces lacunes. »

Matthew Buman, professeur et directeur de la vision et des solutions stratégiques au College of Health Solutions, s’intéresse à la recherche sur la façon dont le sommeil, le comportement sédentaire et l’activité peuvent être exploités pour promouvoir la santé. Il conçoit et met en œuvre l’interface utilisateur intuitive et évalue sa convivialité pour prendre en charge le système de chaussures intelligentes.

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L’équipe ASU adopte une approche innovante pour concevoir le système, avec une utilisation avancée des capteurs, de la théorie du contrôle, de l’apprentissage automatique et de la pratique clinique.

« Ces domaines n’ont jamais été réunis pour la biomécanique de la cheville avec ce degré de précision et de cohérence auparavant », explique Turaga.

Tout au long du projet de quatre ans, l’équipe développera le système SUEDE Shoe, qui implique l’orthèse souple et une modélisation et des algorithmes de données supplémentaires. Les chercheurs quantifieront et modéliseront le mouvement des chevilles saines et celles à risque de blessure, et intégreront un algorithme de prédiction des blessures et un algorithme pour déterminer quand la cheville a besoin d’un soutien actif pour prévenir les tensions.

L’équipe affinera continuellement les algorithmes et l’interface utilisateur au cours du projet, et évaluera et validera le système de chaussures intelligentes avec l’aide de partenaires cliniques.

Le chirurgien orthopédique Ryan Scott de l’Institut CORE et le physiothérapeute Mark Jagodzinski de Rise Orthopaedic and Sports Physical Therapy offrent une vaste expérience en rééducation de la cheville. Ils travailleront avec l’équipe ASU pour concevoir des protocoles et des plans de traitement, évaluer les mesures de performance et évaluer l’efficacité de l’approche SUEDE Shoe dans un groupe de patients.

La chaussure SUEDE sera bénéfique pour les cliniciens car elle les aidera à mieux comprendre la mécanique du pied et de la cheville et leur corrélation avec le risque de blessure à la cheville lors de diverses activités physiques. Ils seront également mieux en mesure d’aider leurs patients grâce à une rétroaction opportune et efficace sur la pratique des stratégies de prévention des blessures par le patient.

L’équipe est enthousiasmée par le potentiel d’amélioration des vies grâce à cette solution innovante.

« Le mouvement humain et la biomécanique sont des phénomènes très complexes, dont une compréhension plus approfondie peut avoir un impact direct sur la santé humaine et crée simultanément des enjeux et un impact élevés », déclare Turaga. « Je trouve que le potentiel d’impact est l’aspect le plus excitant. »


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