Мультимодальные данные о бипедальной локомоции при длительных записях на беговой дорожке на разных скоростях

Почему важно изучать ходьбу и бег

Каждый ваш шаг — это сложный танец мышц, суставов и поверхности под ногами. Понимание этого танца помогает учёным разрабатывать более качественную спортивную экипировку, безопасные реабилитационные программы и более умные носимые устройства. В этой статье представлен богатый открытый набор данных людей, идущих, шагающих по пересечённой местности и бегущих на беговой дорожке, покрытых датчиками, что даёт исследователям детализированную картину движений тела и действующих на него сил в течение длительных периодов времени.

Как была организована лаборатория с беговой дорожкой

Чтобы зафиксировать естественные, но контролируемые движения, команда пригласила 18 здоровых взрослых в высокотехнологичную лабораторию походки. Участники были в облегающей спортивной одежде, в своих нейтральных беговых кроссовках и в страховочной привязи на двуременной беговой дорожке. Под стельками каждой обуви находились специальные вкладыши с датчиками давления, измеряющие, с какой силой разные участки стопы давят на поверхность. Небольшие датчики движения были приклеены к каждой обуви и к нижней части спины, а 43 светоотражающих маркера были прикреплены к ключевым точкам тела, чтобы массив инфракрасных камер мог отслеживать полное трёхмерное движение тела.

Что конкретно делали добровольцы

Каждый участник прошёл три сессии на беговой дорожке, которые в сумме длились около 40 минут. Скорости дорожки тщательно контролировали, чтобы охватить комфортную ходьбу, энергичную ходьбу, похожую на поход по тропе, и бег на двух более высоких уровнях. Сессии чередовали активные периоды и короткие паузы, начиная с разминки и заканчивая заминкой. Большинство участников также бежали на максимальной проверяемой скорости. Такая комбинация создала длинные, непрерывные записи с множественными изменениями скорости, что ближе к тому, как люди двигаются вне лаборатории, чем простые короткие прямые прогулки.

Множество датчиков — единая временная шкала

Во время сессий одновременно записывали несколько систем. Встроенные в дорожку платформы силы измеряли, с какой силой каждая нога толкает и тянет пол. Камеры захвата движения отслеживали позиции маркеров для восстановления углов в суставах ног, бёдер, рук и таза. Носимые датчики регистрировали ускорение и угловую скорость с очень высокой частотой дискретизации, а стельки давления фиксировали, как нагрузки смещаются по подошве. Исследователи вручную выровняли начало каждой записи и также предоставили списки событий, например точные моменты касания и отрыва каждой стопы, чтобы пользователи могли точно подогнать синхронизацию между устройствами.

Как данные очистили и упаковали

Сырые записи захвата движения часто содержат кратковременные пропуски, неправильно помеченные маркеры или небольшие проблемы с синхронизацией. Команда использовала ряд стандартизированных процедур обработки, чтобы восстановить отсутствующие позиции маркеров, проверить качество маркировки и преобразовать всё в широко используемые форматы файлов. Они отмечают, что почти во всех испытаниях была полная или почти полная информация по маркерам — в среднем более 99 процентов маркеров отслеживались корректно. Чтобы облегчить повторное использование, данные сгруппировали в архивы на уровне участников и задокументировали точные конвейеры обработки и пользовательские скрипты, которые также доступны открыто.

Для чего можно использовать этот ресурс

Итоговый набор данных соответствует современным правилам открытой науки, то есть его легко найти, получить доступ, комбинировать с другими данными и повторно использовать. Исследователи могут исследовать, как углы в суставах и силы опоры меняются при переходе от ходьбы к бегу, проверять методы оценки сил по данным только носимых датчиков или изучать, как люди адаптируются в ходе продолжительных нагрузок. Другие могут строить или проверять компьютерные модели мощности бега без повторения всего эксперимента. Публикуя не только измерения, но и инструменты для их обработки, авторы создают надёжную основу для будущих работ в спортивной науке, реабилитации и носимой технике.

Цитирование: Krumm, D., Koska, D., Wakode, J. et al. Multimodal data on bipedal locomotion during prolonged treadmill recordings at varying speeds. Sci Data 13, 761 (2026). https://doi.org/10.1038/s41597-026-07445-3

Ключевые слова: анализ походки, бег на дорожке, носимые датчики, плантарное давление, набор данных по биомеханике