Sistem yang dibuat dengan dua sensor murah lebih tepat daripada jam pintar untuk mengesan kalori yang dibakar semasa melakukan aktiviti, lapor penyelidik
Dan arahan untuk membuat sistem ini tersedia secara dalam talian secara percuma.
Walaupun jam tangan pintar dan telefon pintar cenderung mati sekitar 40 hingga 80% ketika mengira kalori yang dibakar semasa melakukan aktiviti, sistem ini rata-rata kesalahan 13%.
"Kami membina sistem padat yang kami nilaikan dengan kumpulan peserta yang pelbagai untuk mewakili populasi AS dan mendapati bahawa ia berlaku dengan baik, dengan kira-kira satu pertiga kesalahan jam pintar," kata Patrick Slade, seorang pelajar siswazah dalam bidang kejuruteraan mekanikal di Stanford Universiti yang merupakan pengarang utama kertas kerja di Alam Komunikasi.
Bahagian penting dalam penyelidikan ini adalah memahami kelemahan asas alat pakai lain yang mengira kalori: mereka bergantung pada gerakan pergelangan tangan atau degupan jantung, walaupun kedua-duanya tidak menunjukkan perbelanjaan tenaga. (Pertimbangkan bagaimana secawan kopi dapat meningkatkan kadar denyutan jantung.) Para penyelidik membuat hipotesis bahawa pergerakan kaki akan lebih jelas — dan eksperimen mereka mengesahkan idea itu.
Sistem pengukuran baru ini menampilkan dua sensor pada paha dan batang yang dikuasakan oleh bateri dan dikendalikan oleh mikrokontroler, yang dapat diganti dengan telefon pintar. (Kredit: Andrew Brodhead)
Terdapat sistem bertaraf makmal yang dapat menganggarkan dengan tepat berapa banyak tenaga seseorang terbakar semasa melakukan aktiviti fizikal dengan mengukur kadar pertukaran karbon dioksida dan oksigen dalam nafas. Penyediaan sedemikian digunakan untuk menilai prestasi kesihatan dan atletik, tetapi ia melibatkan peralatan yang besar dan tidak selesa dan boleh mahal.
Sistem boleh pakai baru hanya memerlukan dua sensor kecil pada kaki, bateri dan mikrokontroler mudah alih (komputer kecil), dan harganya sekitar $ 100 untuk dibuat. Senarai komponen and kod kerana membuat sistem kedua-duanya tersedia.
"Ini adalah kemajuan besar kerana, hingga saat ini, diperlukan dua hingga enam minit dan topeng gas untuk menganggarkan secara tepat berapa banyak tenaga yang dibakar seseorang," kata pengarang bersama Scott Delp, profesor di Sekolah Kejuruteraan. "Dengan alat baru Patrick, kita dapat menganggarkan berapa banyak tenaga yang dibakar dengan setiap langkah ketika atlet Olimpik berlumba menuju garis penamat untuk mendapatkan ukuran dari apa yang mendorong prestasi puncak mereka. Kami juga dapat mengira tenaga yang dibelanjakan oleh pesakit yang pulih dari pembedahan jantung untuk menguruskan senaman mereka dengan lebih baik. "
Kaki, bukan pergelangan tangan
Bagaimana orang membakar kalori adalah rumit, tetapi para penyelidik mempunyai firasat bahawa sensor pada kaki akan menjadi cara mudah untuk mendapatkan gambaran mengenai proses ini.
"Masalah dengan jam tangan pintar tradisional ialah mereka hanya mendapat maklumat dari pergerakan pergelangan tangan dan degupan jantung anda," kata pengarang bersama Mykel Kochenderfer, seorang profesor aeronautik dan astronautik. "Fakta bahawa alat Patrick mempunyai kadar ralat yang lebih rendah masuk akal kerana mengesan pergerakan kaki anda dan sebahagian besar tenaga anda dihabiskan oleh kaki anda."
Sistem ini sengaja mudah. Ia terdiri daripada dua sensor kecil - satu di paha dan satu di bahagian kaki - yang dikendalikan oleh mikrokontroler di pinggul, yang dengan mudah dapat diganti dengan telefon pintar. Sensor ini disebut "unit pengukuran inersia" dan mengukur pecutan dan putaran kaki semasa ia bergerak. Mereka sengaja ringan, mudah alih, dan murah sehingga dapat dengan mudah disatukan dalam berbagai bentuk, termasuk pakaian, seperti seluar pintar.
Untuk menguji sistem terhadap teknologi yang serupa, para penyelidik meminta peserta kajian memakainya sambil memakai dua jam pintar dan monitor denyut jantung. Dengan semua sensor ini terpasang, para peserta melakukan berbagai kegiatan, termasuk berbagai kecepatan berjalan, berlari, berbasikal, mendaki tangga, dan beralih antara berjalan dan berlari.
Apabila semua alat pakai boleh dibandingkan dengan pengukuran pembakaran kalori yang diambil oleh sistem gred makmal, para penyelidik mendapati bahawa sistem berasaskan kaki mereka adalah yang paling tepat.
Dengan menguji sistem lebih lanjut pada lebih dari selusin peserta di pelbagai peringkat umur dan berat, para penyelidik mengumpulkan banyak data yang digunakan Slade untuk memperhalusi model pembelajaran mesin yang mengira anggaran pembakaran kalori.
Model mengambil maklumat mengenai pergerakan kaki dari sensor dan pengiraan - menggunakan apa yang telah dipelajari dari data sebelumnya - berapa banyak tenaga yang dibakar pengguna pada setiap saat. Dan, sedangkan sistem terkini yang memerlukan memerlukan kira-kira enam minit data dari seseorang yang terpasang pada topeng di persekitaran makmal, alternatif jarak bebas ini dapat berfungsi hanya dengan beberapa saat aktiviti.
"Banyak langkah yang anda ambil setiap hari berlaku dalam jangka masa 20 saat atau kurang," kata Slade, yang menyebut melakukan tugas sebagai salah satu contoh aktiviti pecah pendek yang sering dilupakan. "Mampu menangkap aktiviti singkat ini atau perubahan dinamik antara aktiviti benar-benar mencabar dan tidak ada sistem lain yang dapat melakukannya."
Pengiraan kalori sumber terbuka
Kesederhanaan dan keterjangkauan penting bagi pasukan ini, seperti membuat reka bentuk tersedia secara terbuka, kerana mereka berharap teknologi ini dapat mendukung orang dalam memahami dan menjaga kesihatan mereka.
"Kami menyediakan semua sumber dengan harapan orang akan menerimanya dan menjalankannya dan membuat produk yang dapat meningkatkan kehidupan orang ramai," kata Kochenderfer.
Mereka juga percaya bahawa kesederhanaan, kemampuan dan kemudahan sistem ini dapat menyokong dasar kesihatan yang lebih baik dan jalan baru untuk penyelidikan mengenai prestasi manusia. Kumpulan penyelidikan yang diketuai oleh Steve Collins, profesor kejuruteraan mekanikal dan pengarang kanan makalah ini, telah menggunakan sistem serupa untuk mengkaji tenaga yang dikeluarkan dengan sistem robot yang boleh dipakai yang meningkatkan prestasi.
"Salah satu perkara yang paling menggembirakan adalah kita dapat melacak aktiviti yang berubah secara dinamik, dan maklumat yang tepat ini akan memungkinkan kita memberikan dasar yang lebih baik untuk mengesyorkan bagaimana orang harus melakukan senaman atau menguruskan berat badan mereka," kata Slade.
"Ini membuka satu set kajian baru yang dapat kita lakukan terhadap prestasi manusia," kata Delp, yang juga seorang profesor bioengineering dan kejuruteraan mekanikal. "Berapa banyak tenaga yang anda bakar ketika anda berjalan, ketika anda berlari, ketika anda menggunakan diri anda dengan basikal - semua perkara itu penting. Apabila kita mempunyai alat baru seperti ini, ia akan membuka pintu baru untuk mengetahui perkara baru mengenai prestasi manusia. "
Yayasan Sains Nasional, Institut Kesihatan Nasional, dan Stanford Graduate Fellowship membiayai kerja tersebut.
sumber: Universiti Stanford
Tentang Pengarang
