Una zapatilla deportiva capaz de producir electricidad con cada pisada podría ayudar a estudiar la marcha fuera del consultorio. Ingenieros de la Universidad Rutgers desarrollaron un calzado con inteligencia artificial integrada que analiza los patrones de desplazamiento sin batería recargable, ya que aprovecha la energía generada por el movimiento del pie. El objetivo es que, a futuro, los profesionales de la salud puedan detectar cambios en la marcha a partir de la información reunida mientras una persona realiza sus actividades cotidianas. Ese seguimiento podría resultar útil para acompañar la evolución del Parkinson, lesiones cerebrales o de médula espinal y procesos de rehabilitación, además de aportar datos para evaluar el riesgo de caídas.En la actualidad, estas evaluaciones suelen limitarse a observaciones breves en clínicas o laboratorios. Los aparatos que registran la actividad cotidiana, en cambio, requieren recargas periódicas. La investigación fue publicada en la revista Science Advances. Con datos de cuatro voluntarios sanos, el equipo distinguió caminar lentamente, caminar rápido, correr y subir escaleras con una precisión del 95,4 %.
Cada paso aporta la electricidad necesaria para el funcionamiento
Los componentes electrónicos están ubicados en el talón de unas zapatillas blancas. Allí aprovechan la presión y el roce que se producen al apoyar el pie. El mecanismo se basa en el efecto triboeléctrico, un fenómeno relacionado con la electricidad estática que surge cuando determinados materiales se rozan y luego se separan.
La corriente que generan las pisadas llega en pulsos irregulares y no puede alimentar de manera directa los sensores ni el procesador. Por eso, el grupo de la Universidad Rutgers creó un circuito que la transforma en una corriente apta para el equipo. Según el comunicado institucional, este sistema permitió obtener hasta 120 veces más energía útil que un método convencional.
“Cuando una persona camina o corre, automáticamente tiene energía biomecánica disponible, por lo que se puede aprovechar”, afirmó Simiao Niu, profesor asistente del Departamento de Ingeniería Biomédica de la Escuela de Ingeniería de Rutgers, en el comunicado institucional.
Niu explicó que el calzado resulta adecuado para esta clase de medición porque reúne la información que interesa registrar y la energía necesaria para hacerlo. “Cuando una persona se sienta, no hay energía disponible, pero tampoco necesita monitoreo de la marcha”, señaló el investigador.
En medicina, la marcha incluye el equilibrio, la velocidad, la longitud de los pasos y el ritmo. Los cambios en esas características pueden ayudar a seguir la evolución de una enfermedad o de una rehabilitación. Aun así, el prototipo no cumple una función de diagnóstico.
“La marcha es uno de los indicadores más importantes para muchas enfermedades”, afirmó Niu. Un indicador de salud es una medida corporal que puede aportar información sobre el estado de una persona o la evolución de una afección.
La zapatilla analiza los datos sin enviarlos a otro equipo
El dispositivo incorpora un acelerómetro, un sensor que mide el movimiento del pie en tres direcciones. Un procesador pequeño revisa esos registros mediante inteligencia artificial, un programa capaz de reconocer regularidades en los datos. De ese modo, clasifica cada tramo de 15 segundos en una de las cuatro actividades estudiadas.
El análisis se realiza dentro de la zapatilla, sin remitir la información de forma constante a un teléfono móvil, una computadora o un servidor. Al evitar ese envío permanente, el equipo necesita menos electricidad para funcionar.
Adaptar el programa a la memoria limitada del procesador fue uno de los principales desafíos. La primera versión examinaba 21 rasgos del movimiento y alcanzaba una precisión del 98,1 %, pero excedía la capacidad disponible en el calzado.
El equipo comprobó que las variaciones registradas en las tres direcciones reunían la mayor parte de los datos útiles. Según se detalla en el estudio, el programa simplificado conservó una precisión del 95,4 %, operó cerca de 15 veces más rápido y utilizó alrededor de una sexta parte de la corriente que requería el modelo inicial.
“El problema fundamental de los dispositivos portátiles actuales es el límite entre energía e inteligencia”, afirmó el investigador. “Estamos desarrollando un dispositivo portátil inteligente con funciones de inteligencia artificial integradas que puede recolectar energía por sí solo, de modo que no haya que preocuparse por cargarlo”.
En conjunto, el sensor y el programa consumen 86 microvatios. Durante las pruebas de laboratorio, una caminata lenta produjo la electricidad necesaria para mantener activo el sistema.
Las pruebas aún no incluyen a pacientes ni a adultos mayores
Los resultados corresponden a cuatro participantes sanos de entre 23 y 26 años. El sistema se entrenó y se probó únicamente con las actividades previstas en la investigación, por lo que todavía no fue evaluado en adultos mayores, personas con trastornos del movimiento ni pacientes en rehabilitación.
Esa limitación impide usarlo para diagnosticar enfermedades, anticipar caídas o establecer si un tratamiento resulta eficaz. Antes de considerar las aplicaciones previstas, serán necesarios nuevos desarrollos y pruebas clínicas.
El comunicado de la universidad señala que, con más investigación, el diseño podría adaptarse para controlar la actividad cardíaca, señales químicas del organismo u otros aspectos de la salud. Ninguna de esas funciones integró las pruebas del modelo actual.
Fuying Dong, estudiante de doctorado en Ingeniería Biomédica de Rutgers y primera autora del estudio, indicó que el trabajo exigió coordinar cada componente del calzado. “La idea de diseñar conjuntamente todo el sistema es lo mejor que aprendí de este proyecto”, afirmó Dong.
“Se divide un proyecto grande en partes más pequeñas, se terminan una por una y se intenta entender cuál es la historia principal”, agregó la investigadora.