Система, виготовлена з двома недорогими датчиками, є більш точною, ніж розумні годинники для відстеження калорій, спалених під час активності, повідомляють дослідники
А інструкції з виготовлення системи самостійно доступні безкоштовно в Інтернеті.
У той час як розумні годинники та смартфони, як правило, відключаються приблизно на 40-80%, коли йдеться про підрахунок калорій, спалених під час діяльності, ця система в середньому становить 13% помилок.
"Ми побудували компактну систему, яку ми оцінили з різноманітною групою учасників, щоб представити населення США, і виявили, що вона робить дуже добре, з приблизно третиною помилок розумних годинників", - говорить Патрік Слейд, аспірант машинобудування в Стенфорді Університет, який є провідним автором статті про роботу в Росії Природа зв'язку.
Важливим фрагментом цього дослідження було розуміння основного недоліку інших пристроїв, які можна носити, які підраховують калорії: вони покладаються на рух зап'ястя або пульс, хоча жодне з них особливо не свідчить про витрати енергії. (Подумайте, як чашка кави може збільшити частоту серцевих скорочень.) Дослідники припустили, що рух ніг буде більш показовим - і їх експерименти підтвердили цю ідею.
Ця нова вимірювальна система оснащена двома датчиками на стегні та хвостовику, які живляться від батареї та управляються мікроконтролером, який можна замінити смартфоном. (Кредит: Ендрю Бродхед)
Існують лабораторні системи, які можуть точно оцінити, скільки енергії має людина опіки під час фізичних навантажень шляхом вимірювання швидкості обміну вуглекислого газу та кисню в диханні. Такі установки використовуються для оцінки стану здоров'я та спортивних результатів, але вони передбачають громіздке, незручне обладнання та можуть коштувати дорого.
Нова носна система вимагає лише двох невеликих датчиків на ніжці, акумулятора та портативного мікроконтролера (невеликий комп’ютер), а вартість її виготовлення становить близько 100 доларів. Список Компоненти і код для створення системи доступні обидва.
"Це великий прогрес, оскільки до цього часу для точної оцінки того, скільки енергії спалює людина, потрібно від двох до шести хвилин і протигаза", - говорить співавтор Скотт Дельп, професор Інженерної школи. «За допомогою нового інструменту Патріка ми можемо підрахувати, скільки енергії спалюється з кожним кроком, коли олімпійський спортсмен мчить до фінішу, щоб визначити, що саме сприяє їхній піковій продуктивності. Ми також можемо обчислити енергію, витрачену пацієнтом на відновлення після кардіохірургії, щоб краще управляти своїми фізичними вправами ".
Ноги, а не зап’ястя
Те, як люди спалюють калорії, є складним, але дослідники здогадувались, що датчики на ногах стануть простим способом зрозуміти цей процес.
Отримайте останні по електронній пошті
"Проблема традиційних розумних годинників полягає в тому, що вони отримують інформацію лише від руху вашого зап'ястя та частоти серцевих скорочень", - каже співавтор Мікель Кохендерфер, доцент кафедри аеронавтики та космонавтики. "Той факт, що пристрій Патріка має нижчий рівень помилок, має сенс, оскільки він виявляє рух ваших ніг, і більша частина вашої енергії витрачається вашими ногами".
Система навмисно проста. Він складається з двох невеликих датчиків - одного на стегні та одного на хвостовику однієї ноги, що управляється мікроконтролером на стегні, який легко можна замінити смартфоном. Ці датчики називаються "інерційними одиницями вимірювання" і вимірюють прискорення та обертання ноги під час руху. Вони навмисно легкі, портативні та недорогі, щоб їх можна було легко інтегрувати у різні форми, включаючи одяг, такий як розумні штани.
Щоб перевірити систему на подібні технології, дослідники змусили учасників дослідження носити її, а також носити два розумні годинники та монітор серцевого ритму. З усіма цими датчиками, приєднаними, учасники виконували різноманітні заходи, включаючи різну швидкість ходьби, біг, їзду на велосипеді, сходження по сходах та перехід між ходьбою та бігом.
Коли всі носяться матеріали були порівняні з вимірами спалення калорій, зробленими лабораторною системою, дослідники виявили, що їх система на основі ніг була найточнішою.
Подальше тестування системи на понад десятку учасників різного віку та ваги, дослідники зібрали безліч даних, які Слейд використав для подальшого вдосконалення моделі машинного навчання, яка обчислює оцінки спалення калорій.
Модель бере з датчиків інформацію про рух ніг і обчислює - використовуючи те, що дізнався з попередніх даних - скільки енергії споживає користувач в кожен момент часу. І, хоча сучасні сучасні системи вимагають близько шести хвилин даних від людини, підключеної до маски в лабораторних умовах, ця альтернатива вільного вигулу може функціонувати лише за кілька секунд активності.
"Багато кроків, які ви робите щодня, відбуваються короткими періодами довжиною 20 секунд або менше", - говорить Слейд, який згадав виконання домашніх справ як один із прикладів короткочасної діяльності, яку часто ігнорують. "Можливість зафіксувати ці короткі дії або динамічні зміни між діями є справді складним завданням, і в даний час жодна інша система цього не може зробити".
Підрахунок калорій з відкритим кодом
Для цієї команди були важливі простота та доступність, як і відкритість дизайну, оскільки вони сподіваються, що ця технологія може підтримати людей у розумінні та піклуванні про своє здоров’я.
"Ми використовуємо все для відкритих джерел, сподіваючись, що люди візьмуть це, побіжать із ним і виготовлять продукцію, яка може покращити життя населення", - говорить Кочендерфер.
Вони також вважають, що простота, доступність та портативність цієї системи можуть забезпечити кращу політику охорони здоров'я та нові шляхи для досліджень людської діяльності. Дослідницька група, очолювана Стівом Коллінзом, доцентом машинобудування та старшим автором цієї статті, вже використовує подібну систему для вивчення енергії, що витрачається на носні роботизовані системи, що підвищують продуктивність.
"Однією з найцікавіших речей є те, що ми можемо відстежувати динамічно мінливі дії, і ця точна інформація дозволить нам забезпечити кращу політику, щоб рекомендувати, як люди повинні займатися спортом або керувати своєю вагою", - говорить Слейд.
"Це відкриває цілий новий комплекс досліджень, які ми можемо провести щодо людських результатів", - говорить Делп, який також є професором біоінженерії та машинобудування. “Скільки енергії ви спалюєте, гуляючи, бігаючи, навантажуючи себе на велосипеді, - все це має принципове значення. Коли ми маємо такий новий інструмент, він відкриває нові двері для відкриття нових речей щодо людської діяльності ».
Фінансували роботу Національний науковий фонд, Національний інститут охорони здоров’я та Стенфордська стипендіальна програма.
джерело: Стенфордський університет
