计步鞋传感器 体育黑科技 Playermaker：绑在足球鞋上的智能传感器
体育黑科技 Playermaker：绑在足球鞋上的智能传感器
来源：Playermaker
大数据时代，可穿戴设备几乎覆盖了运动员的上下肢，但值得注意的是：足球运动员的双脚却鲜有产品涉猎。事实上，足球运动的每一次互动都与脚有关，传感器只有在鞋上才能获取更为准确的数据。以色列运动初创公司Playermaker推出的智能传感器就填补了这一空白。
Playermaker传感器用硅胶绑带固定在球鞋后外侧，配备的6轴运动智能传感器内置陀螺仪和加速计，以1000次/秒的速度对佩戴者进行运动数据的跟踪采样，可以获取包括踢球速度、持球时间、左右腿使用情况、冲刺距离等指标。
在获取足够的数据后，Playermaker还会利用人工智能和机器学习算法对数据进行全面地分析，并生成相应的报告，以方便教练了解球员的特点和球场表现，进而完善其训练计划和战术布置。
目前有多家职业足球俱乐部都在使用Playermaker，包括曼城、利物浦、南安普顿、富勒姆、苏格兰流浪者、洛杉矶银河和亚特兰大联等。今年9月，Playermaker获得了国际足球协会理事会（IFAB）和国际足联（FIFA）的批准，并通过了电子性能和跟踪系统（EPTS）的质量计划认证，将被允许在正式比赛中使用。
当主流可穿戴运动设备都将产品聚焦在人体手腕等部位时，Playermaker的眼光颇为独到。可以预见，未来将有更多针对球鞋和足部的可穿戴设备问世，以让所有运动爱好者都能享受科技的智能和便利。
王中林院士 集成到鞋面的自供电压力传感器，监测运动鞋的舒适度
随着物联网、大数据和人工智能的不断发展，一系列可与布、鞋、手套相结合的可穿戴电子设备应运而生。脚作为人体的重要器官，几乎在所有体育赛事中都发挥着至关重要的作用。通过感知足部姿势，可以快速获取大量运动信息，全面反映运动状态和运动健康状况。尤其是在一些剧烈的运动比赛中，运动员足部的舒适度对其赛场发挥和运动防护至关重要。因此，有必要开发一种与运动鞋集成的多功能传感器系统，既能监测足部的运动参数，又能定量揭示足部舒适度的动态数据。
中国科学院北京纳米能源与系统研究所王中林院士、陈翔宇研究员 等人报道了一种集成到鞋面衬里的鞋内传感器垫（ISSP），用于监测足部的实时应力分布 。该ISSP上的每个传感器单元都是一个摩擦纳米发电机（AC-TENG），可以实现超宽检测范围，实现监测不同运动过程中的压力变化。作者将无线数据通信模块集成到ISSP中，可以在手机上实时展示各种体育比赛过程中的足部压力动态数据，从而实现计步、显示鞋子舒适度、反馈足部压力集中等。这项工作提供了一种监测鞋子和脚部运动数据的方法，既可以指导运动员的训练，也可以指导鞋子的设计 。该研究以题为“Monitoringthe Degree of Comfort of Shoes In-Motion Using Triboelectric Pressure Sensorswith an Ultrawide Detection Range”的论文发表在《ACSnano》上。
【ISSP的构成与工作机制】
ISSP是一个集成到鞋面衬里并位于脚背上方的自供电传感器系统，信号产生依赖于嵌入的AC-TENG阵列。AC-TENG采用单电极工作模式，以随机堆叠的交叉蜂窝结构AC/PU复合材料作为正摩擦电层，其大比表面积的微孔结构可以保持大量的摩擦电荷。AC-TENG中的输出电极具有微球阵列结构，它由覆盖有一系列微锡球的铜箔组成。聚四氟乙烯（PTFE）作为负电荷材料通过喷涂和热风退火沉积在微球电极阵列的表面上，可以实现大的带电接触面积。AC-TENG的壳体是由超弹性聚氨酯（PU）柔性外壳制成，可在外力作用下实现正负带电材料的连续接触分离过程，从而实现实时感知各种运动过程中脚顶面的压力变化。
图1ISSP的结构设计
图2ISSP在弯曲变形过程中的输出性能
【ISSP的实时信号与舒适度表达】
集成到鞋面衬里的ISSP可用于无线监测所有类型运动过程中足部顶部的应力分布。在足部运动过程中，ISSP表面的AC-TENG阵列可以揭示人脚的形状变化以及鞋与脚之间的压力变化等信息。之后通过对输出信号的分析，对每一个脚的动作进行识别。为了探究足部压力与舒适度之间的关系，作者通过五个脚趾的伸展和卷曲引入了足部的两个准静态运动，并采用多通道电路来满足ISSP的信号处理和多路复用数据传输要求。由于鞋子的舒适度不能直接用仪器测量，作者通过视觉模拟量表（VAS）进行评估。随着压力的增加，人们倾向于将运动鞋定性为不舒服。结合准静态运动下的ISSP输出电压信号与VAS表，输出电压与舒适度评价分数之间存在良好的负相关关系，进一步说明了该系统对舒适度表达的可靠性。
图3不同足部运动的ISSP实时信号
【ISSP在智能运动中的应用】
ISSP可用于感知各种运动比赛中鞋子舒适度的变化，为鞋子的智能制造提供参考。随着足部运动的变化，ISSP的每个输出通道可以产生不同的信号，对应足部不同部位的压力变化。视频1显示了ISSP在运动过程中通过无线传输的数据可视化。对于不同的人做同样的动作，ISSP的输出特征信号几乎是相同的，而一些细微的差异也可以被识别以显示不同人的运动习惯。此外，ISSP的测量信号还表明在不同的足部运动下动态舒适度的变化，以表达足部与鞋子的匹配度。因此，在ISSP的帮助下，运动鞋的一些特殊部位可以针对不同的运动形式（如篮球、羽毛球、网球）进行精准调整。特别是可以根据ISSP多通道输出的信号分布，预测出脚部容易损坏的部位，从而做出针对性的预防措施。
图4ISSP在运动过程中的应用
，时长00:44
总结： 作者开发了一种集成到鞋面衬里的鞋内传感器垫（ISSP），用于监测足部的实时应力分布。这款多功能ISSP不仅可以实现传统智能鞋的诸多典型功能，还可以反馈足部压力集中以及运动中的鞋子舒适度。该传感器系统既可以有效监测人的足部运动，也可以监测鞋子的运动适应性，从而促进智能运动和大数据采集的发展。此外，根据不同运动员在不同运动比赛中的动态舒适度信息，这项工作可为运动训练和鞋子的定制设计提供参考
相关问答
智能儿童定位 鞋 由什么结构组成?儿童智能定位鞋由一双内置芯片的普通童鞋构成,当儿童穿上定位鞋后,家长通过手机APP就能随时掌握小孩的行踪,防止走失,为儿童安全提供无处不在的隐形守护。智能...
防地雷 鞋 原理?1.防地雷鞋的原理是通过特殊的设计和材料,能够有效地减轻或阻止地雷爆炸对人体的伤害。2.防地雷鞋通常采用厚实的鞋底和特殊的防爆材料,如Kevlar等,这些材料...
关于机械假肢，最近有什么技术?目前,随着3d打印技术的发展以及材料科学的突破,如今3d打印技术可以打印出与人体相似度极高的骨骼和各种软组织。在控制领域已经小有突破,美国国防高级研究计划...
防走失的智能穿戴设备、智能定位 鞋 有用吗?首先介绍一下智能设备的定位原理。智能设备主要是靠内置传感器进行定位,具体有WiFi定位、GPS定位、基站定位。依靠几种定位方式,将位置的经度纬度数上传到固定...
智能运动 鞋 有哪些功能?除了计步功能外,智能运动鞋也逐渐发展出更多的功能,6108方案设计的这款智能运动鞋除了能计步外,还内置称重感应器,可以实现足底称重通过统计运动量和体重变化...
最近在朋友圈刷屏的自动 鞋 带Nike Mag，真的值81万吗?相信最近大家朋友圈也一定被一双81万自动系鞋带的NikeMag天价球鞋所刷屏。但是基于AdaptiveFit自动绑鞋带技术的NikeMag,真的有如传说中那么神奇?那就让...
自动系 鞋 带方法是真的吗?真的,现在科技的发达程度,做出自动系鞋带功能的鞋子,早就不是什么难事了。自动系鞋带最经典的画面应该出现在1990年,由斯皮尔伯格导演的经典电影《回到未来2...
火炬手的效果怎么实现的?火炬手的效果是通过将实时运动数据与虚拟现实技术相结合而实现的。首先,运动员佩戴传感器设备,如手套、鞋子或身体传感器,用于捕捉他们的运动数据。然后,这些...
五菱宏光空调 传感器 在那，有哪些专业知识?_中央空调_舒适100...[回答]每个空调都有他自己的空调传感器,其实所在位置基本上都是固定的。像五菱宏光空调传感器就在蒸发箱里面。专业知识有以下两点:1.作用是监测环境温度...
环保超人 鞋 子怎么做?环保超人鞋子的制作需要选择环保材料,如可回收的橡胶、纺织品和再生纤维等。同时,需要采用低碳排放的生产工艺,减少对环境的污染。在设计上,可以考虑采用可...