穿戴科技新突破—用AI算地面反作用力!

對於跑步這個運動來說,“地面反作用力”是一個很重要的資訊,很多跑步相關的傷害都跟他有關,例如脛骨疲勞性骨折、足底筋膜炎、阿基里斯肌腱炎等等,可能都是過大的地面反作用力造成的。但是要怎麼知道跑步時的地面反作用力呢?目前最常使用的工具是測力板,如下圖,測力板是一個固定在地面的金屬平板,裡面裝有力量偵測器,可以記錄踩到力板時的地面反作用力。這種器材的缺點非常明顯,只能固定在地面、範圍狹小、笨重、價格昂貴並且無法即時回饋。過去許多科學家試圖找到更方便的替代方案,卻都無法得到好的結果,不過自從人工智慧以及穿戴科技出現後,似乎帶來測量力量的新可能。

穿戴科技新突破—用AI算地面反作用力!

在2018年一篇生物力學期刊的研究 (Estimation of vertical ground reaction force during running using neural network model and uniaxial accelerometer) 提到單軸的加速規可以用來計算跑步的垂直地面反作用力。研究團隊使用一個綁在鞋面上的加速規,結合機器學習的演算法成功地計算出跑步時垂直方向的地面反作用力,且相關性大於0.99 (如下圖顯示)、平均誤差小於0.02倍體重。

穿戴科技新突破—用AI算地面反作用力!
圖片來源:Estimation of vertical ground reaction force during running using neural network model and uniaxial accelerometer

雖然只有垂直方向的地面反作用力,但近乎完美預測的結果仍顯示出AI用來計算地面反作用力的可行性,或許在將來,我們僅需要一個手錶大小的加速規就可以知道跑步時的地面反作用力,並且可以即時顯示在智慧手錶上,提供跑步訓練更完整的資訊。

參考文獻:Ngoh, K. J. H., Gouwanda, D., Gopalai, A. A., & Chong, Y. Z. (2018). Estimation of vertical ground reaction force during running using neural network model and uniaxial accelerometer. Journal of Biomechanics, 76, 269-273.

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