Flexible electronicsSmart HealthR&D with multiple partners

10 min

Een slimme schoen voor sporters én diabetici

CMST, een labo van imec aan de UGent, en Holst Centre, opgericht door imec en TNO, werken samen met het Belgische bedrijf RSscan aan een intelligente schoenzool. De zool heeft zo’n 900 sensoren en meet de drukverdeling terwijl je stapt of loopt. Dit is interessant voor topsporters, mensen die revalideren, én voor diabetespatiënten. Uniek aan deze nieuwe ontwikkeling is het groot aantal sensoren in de zool, de hoge meetfrequentie, en het feit dat de elektronica uiterst dun en plooibaar is. Ten laatste tegen 2020 wil RSscan het product op de markt brengen.

Scroll

Ann Monté, onderzoeker bij CMST en Fien Burg, onderzoeksmanager bij RSscan vertellen meer over deze ontwikkeling.

Blessures voorkomen bij sporters

De manier waarop we lopen is heel persoonlijk. Dat zie je aan iemands loopstijl, maar ook aan de voetzool moest je die langs onderen kunnen bekijken. Zo zal het drukprofiel bij iedereen anders zijn. 

Op een foute manier stappen of lopen, kan tot problemen leiden, bv. rug- en heupproblemen. En als je ‘extreem’ gaat stappen, lopen of springen – zoals sporters doen – kan dat zelfs tot ernstige en aanhoudende blessures leiden. 

Vaak kunnen deze problemen opgelost worden door aangepaste schoenen of zolen. Vandaag zijn er systemen op de markt – sensorplaten – van ongeveer 0,5 bij 2 meter. Je voetzool wordt opgemeten terwijl je over deze platen loopt of stapt en op basis van de metingen kan dan de juiste keuze gemaakt worden uit het grote aanbod aan schoenen en zolen die op de markt zijn. Het Belgische bedrijf RS Print – een zusterbedrijf van RSscan – gaat zelfs nog een stap verder: op basis van de metingen print een 3D-printer een gepersonaliseerde zool. En Fitstation – een initiatief van RSscan en HP – maakt op basis van drukmetingen en een 3D-scan van je voet, een schoen-op-maat. 
sensor plate rsscan

Vandaag worden sensorplaten gebruikt om bv. sporters te helpen bij het kiezen van de juiste schoenen en zolen, op basis van het gemeten drukprofiel tijdens het stappen of lopen. 

Amputaties voorkomen bij diabetici

Veruit de belangrijkste markt voor sensorplaten is de diabetesmarkt. In België alleen al zijn er ongeveer 600.000 personen met diabetes waarvan zo’n 15% op termijn letsels ontwikkelt ter hoogte van de voetzool, o.a. op plaatsen die onderhevig zijn aan hoge drukkrachten. Deze letsels leiden in 1 op 15 gevallen tot een amputatie van de voet al dan niet inclusief het onderbeen.

Door een vroegtijdige detectie en behandeling kan ongeveer 80% van de amputaties vermeden worden.  

De piekdrukwaarde en impuls (druk over tijd) zijn belangrijke voorspellende parameters die een indicatie kunnen geven in verband met het risico op ulceratie. Deze parameters worden vandaag opgemeten door middel van sensorplaten waarover de patiënten moeten wandelen. Echter, sensorzolen in de schoen zouden veel nauwkeurigere metingen toelaten én kunnen ook gebruikt worden in combinatie met een corrigerende zool of schoen om na te gaan of het probleem zo verholpen is.

Van sensorplaat naar sensorzool

Een sensorplaat laat toe om het drukprofiel te meten tussen de plaat en de voet (of schoen wanneer een persoon schoenen draagt). Dergelijke meting gebeurt typisch bij de dokter of in een winkel als runners’ lab of een andere ruimte waar de sensorplaat beschikbaar is. Sensorzolen – die je gewoon in iemands schoen kan schuiven –  bieden veel nieuwe mogelijkheden t.o.v. sensorplaten. Sensorzolen laten namelijk toe om ín de schoen, eerder dan onder de schoen, te meten en zo een zeer duidelijk beeld te krijgen van de precieze invloed van de schoen (en corrigerende zool) op de voetbeweging. Verder kan je met een sensorzool het bewegingspatroon van een persoon over een langere tijd – dagen, weken – opvolgen. 

Het Belgische bedrijf RSscan speelde al langer met dit idee. Toen het EU-project InForMed gelanceerd werd, was dit voor hen de ideale gelegenheid om samen met onderzoekers van CMST/imec en Holst Centre ermee aan de slag te gaan. 

Sensorzolen laten namelijk toe om ín de schoen, eerder dan onder de schoen, te meten en zo een zeer duidelijk beeld te krijgen van de precieze invloed van de schoen (en corrigerende zool) op de voetbeweging.

Twee potentiële technologieën

CMST/imec en Holst Centre hebben elk hun expertise, die interessant kan zijn voor het uiteindelijke product dat RSscan op de markt brengt. CMST/imec gebruikt polyimide als drager voor zijn ‘flexibele elektronica’, met aan beide zijden gelamineerd koper. Sensoren en interconnecties worden gemaakt door het patroneren van het koper. Holst Centre werkt met thermoplastisch polyurethaan (TPU) en print hier zilverstructuren op via roll-to-roll technieken. Het roll-to-roll printen is goedkoper, terwijl met koperetsen fijnere structuren kunnen gemaakt worden.  

Uniek: veel sensoren en een hoge meetfrequentie

De sensorzool bestaat uit twee lagen: een laag met sensoren, en een drukgevoelige laag. Wanneer druk wordt uitgeoefend op de drukgevoelige laag, verlaagt de weerstand en vloeit er meer stroom doorheen de sensoren. Op deze manier kunnen drukverschillen gemeten worden. 

Er werden verschillende vormen van sensoren uitgetest: vierkante, ronde en vingerstructuren. De interconnecties hebben een unieke meanderstructuur waardoor de zool kan buigen zonder dat de functie verloren gaat. Dat dit inderdaad ook werkt, bleek uit een test met een steunzool met een ‘diepe kuip’ ter hoogte van de hiel. De sensoren bleven werken tijdens looptesten, ondanks het feit dat de sensorzool in deze gebogen toestand werd belast.

De sensorlaag werd zo ontworpen dat de zolen op maat kunnen geknipt worden zonder dat er essentiële verbindingen verloren gaan. Zowel in maat 39 als 46 bleef de functie behouden. 

Het meest unieke aan het ontwerp is zeker de grote sensordichtheid: elke 5mm een sensor! Zolen van de meeste concurrenten van RSscan bevatten maar zo’n 10 à 13 sensoren.

De grote dichtheid is belangrijk voor onderzoeksdoeleinden en voor de brede toepassing van de zool. Voor bepaalde aandoeningen heb je een hoge dichtheid nodig ter hoogte van de hiel, voor andere vooraan op de zool. 

Ook de meetfrequentie die kan gehaald worden dankzij het sensorontwerp en de ondersteunende elektronica is uniek. Zo kan aan een snelheid van 500 tot 1000Hz gemeten worden. Opnieuw is dit zeer belangrijk voor onderzoek en voor dokters die welbepaalde aandoeningen willen onderzoeken. 

prototypes sensor sole informed

Een prototype van de sensorzool die in het kader van het InForMed-project gemaakt werd, door CMST/imec, Holst Centre en RSscan. Links het prototype op basis van thermoplastischpolyurethaan (TPU) en geprinte zilverstructuren (Holst Centre). Rechts het prototype met polyimide als drager en aan beide zijden gelamineerd koper (CMST).

Tegen 2020 op de markt

De resultaten uit het InForMed-project tonen aan dat de sensorzool voor RSscan binnen handbereik ligt. Verdere ontwikkeling binnen RSscan zal zich nu focussen op de verdere uitwerking van de elektronicamodule en het productdesign om een optimale gebruiksvriendelijkheid te verzekeren. Ook de optimale technologie nl. roll-to-roll of koperetsen zal verder onderzocht worden samen met CMST/imec en Holst Centre.

De sensorzolen zullen uiterst gebruiksvriendelijk zijn. Ten eerste omdat ze flinterdun zijn en ten tweede omdat de ondersteunende elektronica  (dataprocessing en -opslag, draadloze radio) heel compact is en daardoor, in tegenstelling tot deze van vergelijkbare producten, aan de schoen kan geklikt worden. Je wordt dus opgemeten zonder dat je er iets van merkt.

 

Meer weten?

  • Meer info over het Europese ECSEL-project InForMed vind je op de projectwebsite. (grant no. 2014-2-662155)
  • Meer info over RSscan vind je op de website van het bedrijf. RSscan werd opgericht door de atleet Jempi Wilssens omdat hij een oplossing wou vinden voor de vele blessures bij collega-atleten. Lees hier het verhaal van RSscan.  
  • Ontdek hier hoe Ronaldo de sensorplaat van RSscan gebruikt. 
  • Meer info over het fitstation platform voor 3D-geprinte gepersonaliseerde schoenen en RS Print voor 3D-geprinte gepersonaliseerde zolen. 

Biografie Ann Monté

Ann Monté received the M.Sc. and Ph.D. degrees in electronics engineering from the University of Ghent, Belgium, in 2003 and 2008 respectively. Until today she is affiliated with the Inter-University Microelectronics Centre (imec), in the Cmst group at the University of Ghent. She is involved in research on the design of driver electronics for both displays and lighting as well as in the design of integrated sensor systems. She is author or co-author of 25 papers in international technical journals and conference proceedings.
 

Biografie Fien Burg

Fien Burg received her master's degree in Rehabilitation Sciences and Physiotherapy in 2007 at KU  Leuven, Belgium. In 2009, she obtained an additional certificate in Biomedical and Clinical Engineering Techniques, also at KU Leuven. In 2014 she received her doctoral degree in Biomedical Sciences titled 'Biomechanics of the foot-ankle complex before and after total ankle arthroplasty: An in vivo and in vitro analysis'. Since 2014, she is active as Research Manager at rs scan International.

Deze website maakt gebruik van cookies met als enige doel het analyseren van surfgedrag, zonder enige commerciële insteek. Lees er hier meer over. Lees ook ons privacy statement. Sommige inhoud (video's, iframes, formulieren,...) op deze website zal pas zichtbaar zijn na het accepteren van de cookies.

Accepteer cookies