基于织物压力传感器的智能鞋系统

足部信息特别是足底压力的时空分布，对于鞋类设计、运动训练、步态和足部相关疾病的诊疗具有重要意义。现有的足底信息测试系统无法提供简便舒适的长时间户外监测，仅限于实验室内或者医院诊所中使用。我们提出了基于织物压力传感器的智能鞋系统，用于测量并记录足底压力分布，温湿度，三维加速度信息。它在试穿试验中表现出良好的准确度、重复性和舒适度，可用于24小时或以上长期动态足部测试。

足部信息包括足底压力、剪切力、温湿度、步态模式等对于足部研究，相关疾病诊断、人体生理状况评估、以及鞋类设计都有极其重要作用。作为最重要的足部信息：足底压力主要用于鞋类设计和舒适度评估;运动员训练，比如平衡、步法、前脚落地站立等训练;步态分析及复健，包括正常步态、内外八字，脚掌外翻，帕金森症，中风病人失衡等;病理足检测，比如扁平足、糖尿病足、足内翻外翻等。

目前的足部信息测量系统主要包括两类：平台系统和鞋内测试系统。平台系统通常嵌入在走道中，比如Novel公司的EMED传感器矩阵平台，广泛地应用于糖尿病足的临床测试，实验室的步态研究等。

这一类测试设备仅限于室内的赤脚测量。鞋内测试系统可以记录鞋内的脚底压力，比如Tekscan公司的F-scan设备和Novel公司的Pedar系统，都在临床和实验研究中广泛应用。但是这两套测试系统都要求测试者佩戴沉重硕大的处理模块以及复杂的连线，造成测试者在运动过程中不方便和不舒适，影响正常步态以至于影响测试结果。该研究领域也有学者发明出无线鞋底测试系统，消除了复杂连线对测试者的影响。此类系统主要采用压电薄膜，压敏电阻，但此类传感元件抗疲劳性能差，易折损，无法长期多次使用。目前的研究多局限于实验室和医院内，室外环境下长期测量的报告较少。

为了检测到各种运动的长期足底信息，测试系统需要具备以下的条件：系统的可穿戴性;传感元件具有较高的准确度及较好的抗疲劳性能，适合长期多次使用;舒适度和简便性，以降低系统对测试者正常步态的干扰;无线传输以降低系统连线复杂度。基于这4点要求，我们提出了基于织物压力传感器的智能鞋系统，适用于长期连续的动态足底信息监测。

研究小组利用碳纳米涂层导电织物，研发了一系列的柔性织物压力传感器，并且已经开始商业化生产。织物压力传感器采用硅胶封装，防尘防湿。柔软度接近人体皮肤，可以保证日常活动中的穿戴舒适度。高灵敏度可以简化后端的处理电路，提高测量精度。其良好的抗疲劳性能对于长期测量极其重要，适合于鞋底的长期穿着。

织物压力传感器和温湿度传感器都集成在鞋垫中。其位置通过F-scan系统检测到的足底高压部位和医生建议的功能测量部位决定。织物压力传感器被黏结在柔性软线路板上，并与鞋垫黏合，配置无限区域传感网络，采用蓝牙将传感数据传送到智能手机上，并通过Wi-Fi转发到远端监测中心。基于织物压力传感器的智能鞋系统，适用于长期动态足底信息监测，包括足底压力分布，温湿度和三维加速度信息。研发了不同的智能鞋版本，适用于普通人、糖尿病人、帕金森病人等的监测。监测数据可以在智能手机，电脑中显示、处理、存储和转发。测试实验表明智能鞋系统穿着舒适度达到合格以上标准。