מערכת שמורכבת משני חיישנים זולים מדויקת יותר משעונים חכמים למעקב אחר קלוריות שנשרפו במהלך הפעילות, כך מדווחים החוקרים
וההוראות להכנת המערכת בעצמך זמינות באינטרנט בחינם.
בעוד שעונים חכמים וסמארטפונים נוטים להיות מושבתים בכ- 40 עד 80% כשמדובר בספירת קלוריות שנשרפו במהלך פעילות, מערכת זו ממוצעת בשגיאה של 13%.
"בנינו מערכת קומפקטית שהערכנו עם קבוצה מגוונת של משתתפים כדי לייצג את האוכלוסייה בארה"ב וגילינו שהיא עושה טוב מאוד, כשליש טעות השעונים החכמים", אומר פטריק סלייד, סטודנט לתואר שני בהנדסת מכונות בסטנפורד. האוניברסיטה שהיא המחברת הראשית של מאמר על העבודה ב תקשורת טבע.
קטע מכריע ממחקר זה היה הבנת חסרון בסיסי של לבישים אחרים הסופרים קלוריות: הם מסתמכים על תנועת פרק כף היד או על דופק, למרות שאף אחד מהם אינו מעיד במיוחד על הוצאות אנרגיה. (שקול כיצד כוס קפה יכולה להגביר את הדופק.) החוקרים שיערו שתנועת רגליים תהיה יותר מדברת - והניסויים שלהם אישרו את הרעיון הזה.
מערכת המדידה החדשה הזו כוללת שני חיישנים על הירך והשוק המופעלים באמצעות סוללה ונשלטים על ידי מיקרו-בקר, אשר יכול להיות מוחלף על ידי סמארטפון. (אשראי: אנדרו ברודהד)
ישנן מערכות מעבדה שיכולות להעריך במדויק כמה אנרגיה האדם כוויות במהלך פעילות גופנית על ידי מדידת קצב חילופי הפחמן הדו חמצני והחמצן בנשימה. מערכים כאלה משמשים להערכת ביצועי בריאות וספורט, אך הם כוללים ציוד מגושם ולא נוח ויכולים להיות יקרים.
המערכת הלבישה החדשה דורשת רק שני חיישנים קטנים על הרגל, סוללה ומיקרו-בקר נייד (מחשב קטן), ועלותה היא להרוויח כ -100 דולר. רשימת רכיבים ו קוד להכנת המערכת שניהם זמינים.
"זו התקדמות גדולה מכיוון שעד כה נדרשות שתי עד שש דקות ומסכת גז להעריך במדויק כמה אנרגיה אדם שורף", אומר המחבר השותף סקוט דלפ, פרופסור בבית הספר להנדסה. "בעזרת הכלי החדש של פטריק, אנו יכולים להעריך כמה אנרגיה נשרפת בכל צעד כשספורטאי אולימפי רץ לעבר קו הסיום כדי לקבל מדד מה מזין את ביצועי השיא שלהם. אנו יכולים גם לחשב את האנרגיה שמוציא מטופל המחלים מניתוחי לב כדי לנהל טוב יותר את הפעילות הגופנית שלו. "
רגליים, לא פרקי כף היד
האופן שבו אנשים שורפים קלוריות הוא מסובך, אך לחוקרים היה תחושה שחיישנים על הרגליים יהיו דרך פשוטה לקבל תובנה על התהליך הזה.
"נושא לשעונים חכמים מסורתיים הוא שהם מקבלים מידע רק מהתנועה של פרק כף היד והדופק שלך", אומר המחבר השותף מייקל קוצ'נדרפר, פרופסור חבר לאווירונאוטיקה ואסטרונאוטיקה. "העובדה שלמכשיר של פטריק יש שיעור שגיאות נמוך יותר הגיונית מכיוון שהוא מגלה תנועה של הרגליים ואת מרבית האנרגיה שלך מוציאה על ידי הרגליים שלך."
המערכת פשוטה בכוונה. הוא מורכב משני חיישנים קטנים - אחד על הירך ואחד על שוק של רגל אחת - המופעל על ידי מיקרו-בקר על הירך, אשר יכול בקלות להיות מוחלף בסמארטפון. חיישנים אלה מכונים "יחידות מדידה אינרציאליות" ומודדים את האצה וסיבוב הרגל תוך כדי תנועה. הם בכוונה קלים, ניידים ועלות נמוכה, כך שהם יכולים להיות משולבים בקלות בצורות שונות, כולל ביגוד, כגון מתחכם.
כדי לבדוק את המערכת כנגד טכנולוגיות דומות, החוקרים המשתתפים במחקר לובשים אותה כשהם לובשים גם שני שעונים חכמים ומד דופק. עם כל החיישנים הללו מחוברים, המשתתפים ביצעו מגוון פעילויות, כולל מהירויות שונות של הליכה, ריצה, רכיבה על אופניים, טיפוס מדרגות ומעבר בין הליכה לריצה.
כאשר הושוו כל הלבישים למדידות צריבת הקלוריות שנתפסו על ידי מערכת כיתת מעבדה, החוקרים גילו שהמערכת מבוססת הרגליים שלהם הייתה המדויקת ביותר.
על ידי בדיקה נוספת של המערכת על יותר מתריסר משתתפים בטווח גילאים ומשקלים, החוקרים אספו שפע של נתונים ששימש סלייד כדי לחדד עוד יותר את מודל למידת המכונה המחשב את אומדני צריכת הקלוריות.
המודל לוקח את המידע אודות תנועת הרגליים מהחיישנים והמחשבים - תוך שימוש במה שלמד מנתונים קודמים - כמה אנרגיה המשתמש שורף בכל רגע בזמן. בעוד שמערכות עדכניות עדכניות דורשות כ שש דקות של נתונים מאדם המחובר למסכה בסביבת מעבדה, חלופה חופשית זו יכולה לתפקד עם שניות פעילות בלבד.
"הרבה מהצעדים שאתה מבצע כל יום מתרחשים בהתקפות קצרות של 20 שניות או פחות", אומר סלייד, שהזכיר את ביצוע המטלות כדוגמה אחת לפעילות קצרה שלעיתים קרובות מתעלמים ממנה. "היכולת לתפוס פעילויות קצרות אלה או שינויים דינמיים בין פעילויות היא ממש מאתגרת ואף מערכת אחרת אינה יכולה לעשות זאת כרגע."
ספירת קלוריות בקוד פתוח
לפיתוח זה חשובה הפשטות והמחיר האפשרי, כמו גם הפיכת העיצוב לזמין באופן גלוי, מכיוון שהם מקווים שטכנולוגיה זו יכולה לתמוך באנשים בהבנת הבריאות שלהם ובטיפול בהם.
"אנו מקדמים הכל בתקווה שאנשים ייקחו את זה וירוצו איתו וייצרו מוצרים שיכולים לשפר את חיי הציבור", אומר קוקנדרפר.
הם גם מאמינים שהפשטות, הנוחות והניידות של מערכת זו יכולה לתמוך במדיניות בריאותית טובה יותר ודרכים חדשות למחקר בביצועים אנושיים. קבוצת המחקר בראשות סטיב קולינס, פרופסור חבר להנדסת מכונות ומחבר בכיר של מאמר זה, כבר משתמשת במערכת דומה לחקר האנרגיה המושקעת במערכות רובוטיות לבישות המשפרות ביצועים.
"אחד הדברים המרגשים ביותר הוא שנוכל לעקוב אחר פעילויות המשתנות באופן דינמי, והמידע המדויק הזה יאפשר לנו לספק מדיניות טובה יותר שתמליץ כיצד אנשים צריכים לממש או לנהל את משקלם", אומר סלייד.
"זה פותח מערך מחקרים חדש לגמרי שנוכל לעשות על ביצועים אנושיים", אומר דלפ, שהוא גם פרופסור להנדסה ביולוגית ולהנדסת מכונות. "כמה אנרגיה אתה שורף כשאתה הולך, כשאתה רץ, כשאתה מאמץ על אופניים - כל הדברים האלה הם בסיסיים. כשיש לנו כלי חדש כזה זה פותח דלת חדשה לגילוי דברים חדשים על ביצועים אנושיים. "
הקרן הלאומית למדע, המכונים הלאומיים לבריאות ומלגת בוגרים בסטנפורד מימנו את העבודה.
מקור: אוניברסיטת סטנפורד
על המחבר
