當(dāng)深度學(xué)習(xí)搭上一雙鞋，有人要用這檢測你的壓力水平！可無線操作，準(zhǔn)確率達(dá)84%

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舉報 2021-12-02

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大數(shù)據(jù)文摘出品

作者：Caleb

不得不說，當(dāng)代人的生活壓力是越來越大了。

時不時就感到腰酸背痛、腿腳乏力，還疲于各種辦公室政治，被下班了但又不敢完全下班的恐懼所支配…

這個時候你應(yīng)該來試試文摘菌代言的……（唉不對串臺了）

言歸正傳，文摘菌想說的是，壓力大我們都知道，但是你有想過測量或量化一下你的壓力值嗎？

雖然現(xiàn)在到處都是“一張圖測測你的壓力值有多大”，但嚴(yán)謹(jǐn)?shù)奈恼硎荆瑳]有數(shù)據(jù)和測量方法的測量，這種可信度還是相當(dāng)?shù)偷摹?br/>

于是，文摘菌就發(fā)現(xiàn)，新西蘭奧克蘭理工大學(xué)和德國呂貝克應(yīng)用科學(xué)技術(shù)大學(xué)的研究團(tuán)隊開發(fā)出了一種壓力檢測裝置StressFoot，在鞋子中塞入一個檢測腿部運動的設(shè)備，再結(jié)合深度學(xué)習(xí)，就能從腿的運動中判斷你的壓力狀態(tài)。

就算是乍一聽也比一張圖來得有道理吧，目前該研究已經(jīng)以論文的形式進(jìn)行了發(fā)表：

論文鏈接：

https://www.mdpi.com/1424-8220/20/10/2882

接下來就和文摘菌一起來揭秘吧~

StressFoot：支持無線操作，滿電可運行16小時

我們知道，壓力往往和心率、腦電波、肌肉張力以及面部表情等相關(guān)，傳統(tǒng)測量方法也往往基于這些現(xiàn)象。

但這次，科學(xué)家們把目光放在了腿部運動和姿勢特征與壓力的關(guān)系上。

既然要檢測重點對象在腿部，那在鞋子里塞點東西不過分吧。

為了感應(yīng)足部的壓力分布，研究人員插入了一雙壓敏鞋墊，以及有16個依賴力敏電阻技術(shù)的壓力傳感器。同時，為驅(qū)動鞋墊，研究人員還開發(fā)了一種分壓器電路，將鞋墊與Sparkfun Razor板連接起來，該板由Atmel制造的SAMD21微處理器組成。

不僅如此，研究人員查詢了9 DOF IMU (MPU-9250) 的加速度計，將其與微控制器板一起被綁定在腳踝上，以更好的跟蹤腿部和腳步的運動和角度。

據(jù)了解，該原型有一個3.7V、400mAh鋰聚合物電池和一張SD卡，可以在不限制動作的情況下完全實現(xiàn)無線操作。

該原型機(jī)充滿電后可持續(xù)使用約16小時。

在實驗中，參與者被要求穿上該原型機(jī)，完成一系列的益智游戲或測試，包括低壓力項目如觀看掃雷視頻和自然風(fēng)景視頻，以及高壓力項目如Stroop測試和掃雷。

研究人員隨即根據(jù)在過程中采集到的基于鞋底的壓力分布和腳的角度和運動的數(shù)據(jù)，使用機(jī)器學(xué)習(xí)模型針對不同的特征進(jìn)行了分析，包括足壓（Foot Pressure）、壓力中心（Centre of Pressure）、腿腳姿勢（Foot/Leg Posture）以及頓足情況（Foot Tapping）。

用一雙鞋來檢測壓力情況，真的可行嗎？

根據(jù)用戶的主觀反饋，在Stroop測試和掃雷游戲中，他們感受到的壓力值最大，分別達(dá)到了5.06和6.05，同時在這兩個項目中他們感到最活躍，活躍程度分別為5.38和5.85，與其相對的愉悅程度只有4.5和4.95。

但有趣的是，盡管兩個觀看視頻的項目的壓力值分別只有2和1.39，但在愉悅程度上并沒有比高壓力項目多很多，只有4.47和6.43。

在StressFoot接收到的數(shù)據(jù)與主觀反饋呈現(xiàn)一致。可以看到，在兩個壓力相對較大的任務(wù)中，參與者的壓力值出現(xiàn)了明顯的增加，這也與另外壓力更小的項目呈現(xiàn)的結(jié)果相反。

實驗中，每個模型的訓(xùn)練和驗證都采用了留一用戶（leave-oneUser-out）的方法。也就是說，研究人員建立了一個針對用戶的模型，這個模型是由其他用戶訓(xùn)練的，但不包括測試用戶。

在整體實驗的準(zhǔn)確率上，根據(jù)統(tǒng)計，使用所有特征創(chuàng)建的模型提供了一個合理的準(zhǔn)確性，即為83.9%，但標(biāo)準(zhǔn)偏差達(dá)到了12.01，高于其他任何模型。最高的準(zhǔn)確率可達(dá)到85.32%，同時標(biāo)準(zhǔn)偏差為8.1，這是綜合了四個表現(xiàn)好的模型的組合得到的結(jié)果。

而根據(jù)后續(xù)的問卷調(diào)查結(jié)果顯示，高壓力項目和低壓力項目的壓力值分別為5.36和1.72，差距較大，這一結(jié)果也與項目期間的活躍程度直接呈正相關(guān)，分別為5.18和3.45，與愉悅程度呈負(fù)相關(guān)，分別為4.18和6.36。

這一結(jié)果與采集到的EDA反應(yīng)的生理數(shù)據(jù)一致。

考慮到大多數(shù)參與者的工作都是坐在辦公室進(jìn)行的，比如編碼、調(diào)試和寫論文等，根據(jù)參與者自述，這個時候他們的壓力水平較高，愉悅程度較低。此外，當(dāng)他們處于緊張狀態(tài)時，與處于放松狀態(tài)相比，任務(wù)負(fù)荷明顯增加（t = 7.02；p < 0.05）。這也與檢測到的兩種壓力狀態(tài)相吻合。

根據(jù)現(xiàn)場的驗證分析，10名參與者中有8名的自述壓力水平和檢測到的壓力情況顯示出明顯的正相關(guān)關(guān)系。

研究人員表示，他們是想通過設(shè)計一款使用壓敏鞋墊和IMU來感知和檢測壓力的智能鞋，關(guān)注大家的精神壓力狀態(tài)。

或許未來有一天，這個系統(tǒng)將會為整體的心理健康改善起到很好的促進(jìn)作用呢。

相關(guān)報道：

https://www.itmedia.co.jp/news/articles/2111/26/news030.htmlhttps://news.yahoo.co.jp/articles/1b9b6d4f18df088fc5fab02d54209f62e25b34cd

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