Novo tênis com IA calcula as calorias gastas e identifica se a pessoa caminha, corre ou sobe escadas
Pesquisadores liderados por uma equipe da Universidade Rutgers construíram um protótipo de tênis sem bateria e sem cabo de carregamento, com um sensor de movimento e um software de inteligência artificial capaz de distinguir caminhada de corrida e subida de escadas, contar passos e estimar as calorias queimadas. Segundo os pesquisadores, em artigo publicado na revista Science Advances, o tênis funciona com a eletricidade gerada pelos próprios passos do usuário, consumindo em média apenas 86 microwatts de energia.
Sistemas de IA vestíveis comparáveis normalmente consomem entre 10 e 100 miliwatts, tornando este projeto aproximadamente cem vezes mais eficiente em termos de consumo de energia, segundo os pesquisadores. (Um miliwatt é um milésimo de um watt, e um microwatt é um milionésimo).
O tênis funciona assim: a cada passo, uma camada de captação de energia, embutida na almofada de ar do calçado, é comprimida e liberada, e a equipe desenvolveu os componentes eletrônicos para funcionar com essa corrente pulsada. O funcionamento continua enquanto o usuário se move, e o artigo não demonstra operação ininterrupta durante longos períodos de imobilidade, como durante o sono.
Para o estudo, os pesquisadores precisaram de quatro voluntários saudáveis, três homens e uma mulher com idades entre 23 e 26 anos. Eles tinham aproximadamente de 1,65 m a 1,80 m de altura e pesavam entre 72 kg e 93 kg. Cada um usou uma esteira rolante configurada para 2,1 km/h para caminhada lenta, 3,2 km/h para caminhada rápida e 4,8 km/h para corrida, mantendo-se em cada ritmo por vários minutos. Um simulador de escada configurado para 60 degraus por minuto foi usado para os testes de subida de escadas.
Após cortar o início e o fim de cada teste, a equipe dividiu as gravações em 537 janelas de 15 segundos cada. Cerca de 80% desse material foi usado para treinar a IA , enquanto os 20% restantes, reservados para uma etapa posterior, a testaram. As leituras do acelerômetro também foram comparadas com o sensor de movimento integrado de um iPhone durante testes de vibração lado a lado.
O sistema do tênis é composto por quatro partes interligadas. Um coletor de energia — material em camadas que produz uma pequena carga elétrica cada vez que suas camadas se pressionam e se separam, fica na almofada de ar da sola. Um circuito de gerenciamento de energia que suaviza essa oscilação, transformando-a em energia constante. Um acelerômetro — minúsculo chip que detecta movimentos em três direções e coleta dados do movimento. E, por último, um programa compacto de IA no chip de computador integrado ao tênis que interpreta esses dados.
Depois que a leitura dos voluntários foi feita, o chip processa cada janela individualmente e exibe os resultados, incluindo contagem de passos, tipo de atividade e estimativa de calorias, em uma pequena tela de baixo consumo de energia montada no sapato.
As contagens de passos dos sapatos esquerdo e direito coincidiram de perto e concordaram com as contagens manuais, segundo os autores. Mesmo uma caminhada lenta pode alimentar todo o sistema de forma sustentável, relata o artigo.
Os testes com o tênis, mostrou uma precisão nos resultados de 95,4%. Além disso, as estimativas de calorias são obtidas por meio de uma fórmula padrão que multiplica o peso corporal, o tempo gasto e um valor de intensidade predefinido para cada atividade. O programa considerou 75 quilos quando o peso do usuário não estava disponível, ou seja, os números são estimativas, não medições diretas.
A marcha, ou a maneira como uma pessoa caminha, serve como um sinal de alerta para condições como fibrose cística, doença de Parkinson, lesão medular e doenças ósseas raras. Os autores preveem que o tênis eventualmente rastreará resultados como risco de queda ou recuperação, embora para isso, seja necessário fazer mais testes e estudos com grupos maiores e mais variados, incluindo pessoas com problemas de saúde.