形状记忆聚合物 (SMP) 通过利用体温或特定刺激直接将设备塑造成贴合用户脚部，从根本上稳定了可穿戴鞋类设备。通过自动适应佩戴者独特的解剖结构，这些材料消除了传感器与皮肤之间的间隙。这种紧密、定制的贴合可防止传感器在剧烈活动中滑动，这是导致数据不准确的主要机械原因。
运动分析的精度依赖于最小化脚部实际运动与传感器记录运动之间的差异。SMP 通过动态维持恒定的接触压力来弥合这一差距，从而确保数据反映的是人体运动学，而不是设备移动。
自适应贴合的力学原理
要理解精度是如何提高的，首先必须了解 SMP 如何改变设备与用户之间的物理接口。
对环境刺激的响应
SMP 与标准材料不同，因为它们不是静态的。它们在暴露于触发因素（如体温）时具有变形和适应的能力。
解剖结构定制
由于聚合物对用户的特定生理特征做出反应，因此会形成定制模具。它会自动调整以适应用户的解剖结构，确保设备贴合脚部的特定轮廓，而不是通用的平均形状。
稳定性如何转化为准确性
SMP 的主要价值不仅仅是舒适性；而是用于运动分析的传感器的机械稳定性。
防止传感器位移
可穿戴设备数据准确性面临的最大威胁是传感器位移。如果鞋子松动，传感器会独立于脚部移动。
SMP 通过紧密贴合解剖结构来缓解这种情况。这使得传感器相对于骨骼结构固定在原位，确保捕获的运动是真实的。
确保恒定的接触压力
为了让传感器记录可靠的数据，与皮肤的连接必须保持稳定。SMP 在整个运动范围内维持恒定的接触压力。
这种一致性可以防止在步态过程中传感器短暂离开皮肤时出现的数据流“中断”。
减少数据噪声
当传感器在皮肤上移动或振动时，会产生数据噪声。这种噪声会掩盖实际的运动信号。
通过稳定传感器的物理外壳，SMP 可大大减少这种干扰。这使得更干净的原始数据能够进入系统。
改进运动学模型
运动学模型是用于解释运动的算法。它们依赖于干净的输入。
由于 SMP 减少了噪声和位移，因此这些运动学模型的可靠性得到了提高。系统可以相信输入数据准确地代表了用户的步态。
理解权衡
虽然 SMP 在准确性方面具有显著优势，但认识到该技术的固有依赖性很重要。
对刺激的依赖
SMP 的功能完全依赖于正确刺激的存在，例如体温。
如果环境条件未能触发聚合物（例如，在极寒条件下，体温被隔绝），材料可能无法最佳地变形。与理想条件相比，这可能导致贴合效果不佳和数据准确性降低。
最大化可穿戴设备的数据完整性
在为运动分析选择鞋类技术时，目标是减少会破坏数据的变量。
- 如果您的主要关注点是信号清晰度：优先选择采用 SMP 的设备，以机械方式减震并最大限度地减少因松散装备引起的运动伪影。
- 如果您的主要关注点是模型一致性：利用 SMP 确保传感器相对于解剖结构的定向保持固定，从而验证您的运动学算法。
通过将形状记忆聚合物集成到您的产品线中，您可以将鞋类从被动配件转变为数据收集系统的有源组件。
摘要表：
| 特征 | 对运动分析的影响 | 对数据完整性的好处 |
|---|---|---|
| 解剖结构定制 | 消除传感器与皮肤之间的间隙 | 防止机械数据伪影 |
| 刺激响应 | 通过体温塑造成脚部形状 | 确保个性化、牢固的贴合 |
| 传感器稳定 | 最大限度地减少独立的传感器位移 | 捕获真实的人体运动学 |
| 恒定压力 | 在运动过程中保持恒定接触 | 减少信号丢失和数据噪声 |
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参考文献
- Peter Dabnichki, Toh Yen Pang. Wearable Sensors and Motion Analysis for Neurological Patient Support. DOI: 10.3390/bios14120628
本文还参考了以下技术资料 3515 知识库 .
