محققان گزارش می دهند ، سیستمی که با دو سنسور ارزان قیمت ساخته شده دقیق تر از ساعت های هوشمند برای ردیابی کالری سوزانده شده در طی فعالیت است
و دستورالعملهای ساخت سیستم خود به صورت آنلاین بصورت رایگان در دسترس هستند.
در حالی که ساعت های هوشمند و تلفن های هوشمند در هنگام شمارش کالری سوزانده شده در حین انجام فعالیت حدود 40 تا 80 درصد خاموش هستند ، این سیستم به طور متوسط 13٪ خطا دارد.
پاتریک اسلید ، دانشجوی تحصیلات تکمیلی مهندسی مکانیک در استنفورد می گوید: "ما یک سیستم جمع و جور ساختیم که با استفاده از گروه مختلفی از شرکت کنندگان برای نشان دادن جمعیت ایالات متحده ارزیابی کردیم و دریافتیم که بسیار خوب عمل می کند ، با حدود یک سوم خطای ساعت های هوشمند." دانشگاهی که نویسنده اصلی مقاله ای در این زمینه است طبیعت ارتباطات.
یک بخش مهم از این تحقیق درک یک نقص اساسی در سایر پوشیدنی هایی است که کالری را شمارش می کنند: آنها به حرکت مچ دست یا ضربان قلب متکی هستند ، حتی اگر هیچ یک از آنها به ویژه نشان دهنده مصرف انرژی نیست. (در نظر بگیرید که چگونه یک فنجان قهوه می تواند ضربان قلب را افزایش دهد.) محققان فرض کردند که حرکت پا گویاتر است - و آزمایشات آنها این ایده را تأیید کرد.
این سیستم اندازه گیری جدید دارای دو سنسور در ران و ساق است که توسط باتری تغذیه می شوند و توسط میکروکنترلر کنترل می شوند ، که می تواند توسط یک تلفن هوشمند جایگزین شود. (اعتبار: اندرو برودهد)
سیستم های درجه آزمایشگاهی وجود دارد که می تواند میزان انرژی یک فرد را با دقت تخمین بزند سوختگی در حین فعالیت بدنی با اندازه گیری میزان تبادل دی اکسید کربن و اکسیژن در تنفس. چنین تنظیماتی برای ارزیابی سلامت و عملکرد ورزشی مورد استفاده قرار می گیرد ، اما شامل تجهیزات بزرگ و ناراحت کننده ای می شود و می تواند گران باشد.
سیستم پوشیدنی جدید فقط به دو حسگر کوچک روی پایه ، یک باتری و یک میکروکنترلر قابل حمل (یک کامپیوتر کوچک) نیاز دارد و ساخت آن حدود 100 دلار هزینه دارد. لیست اجزاء و رمز برای ساخت سیستم هر دو موجود است.
"اسکات دلپ" ، استاد دانشکده مهندسی ، می گوید: "این پیشرفت بزرگی است زیرا تاکنون دو تا شش دقیقه و ماسک گاز لازم است تا دقیقاً میزان انرژی شخصی را بسوزانید." "با استفاده از ابزار جدید پاتریک ، ما می توانیم تخمین بزنیم که در هر مرحله که یک ورزشکار المپیکی به سمت خط پایان می رود ، چه مقدار انرژی سوزانده می شود تا اندازه گیری شود که چه چیزی اوج عملکرد آنها را افزایش می دهد. ما همچنین می توانیم انرژی مصرف شده توسط بیمار را در دوره نقاهت از جراحی قلب محاسبه کنیم تا ورزش خود را بهتر مدیریت کند. "
پا ، مچ دست نیست
چگونگی سوزاندن کالری در افراد پیچیده است ، اما محققان معتقدند که حسگرهای موجود در پاها راهی ساده برای درک بینایی این روند است.
مایکل کوچندفر ، همیار پروفسور هوانوردی و فضانوردی ، می گوید: "مسئله ساعت های هوشمند سنتی این است که آنها فقط از حرکت مچ دست و ضربان قلب شما اطلاعات کسب می کنند." "این واقعیت که دستگاه پاتریک دارای میزان خطای کمتری است منطقی است زیرا حرکت پاهای شما را تشخیص می دهد و بیشتر انرژی شما توسط پاهای شما صرف می شود."
سیستم از روی عمد ساده است. این دستگاه از دو سنسور کوچک تشکیل شده است - یکی در ران و دیگری در ساق پای یک پا - که توسط میکروکنترلر روی لگن اجرا می شود و به راحتی می توان گوشی هوشمند آن را جایگزین کرد. این سنسورها "واحد اندازه گیری اینرسی" نامیده می شوند و شتاب و چرخش پا را هنگام حرکت اندازه می گیرند. آنها از نظر وزن سبک ، قابل حمل و کم هزینه هستند به طوری که می توانند به راحتی در اشکال مختلف از جمله لباس مانند شلوار هوشمند.
برای آزمایش این سیستم در برابر فن آوری های مشابه ، محققان از شرکت کنندگان در مطالعه استفاده کرده اند در حالی که دو ساعت هوشمند و یک مانیتور ضربان قلب نیز دارند. با اتصال این سنسورها ، شرکت کنندگان فعالیت های مختلفی از جمله سرعت های مختلف راه رفتن ، دویدن ، دوچرخه سواری ، پله نوردی و انتقال بین راه رفتن و دویدن را انجام دادند.
هنگامی که همه پوشیدنی ها با اندازه گیری کالری سوزانده شده توسط یک سیستم درجه آزمایشگاهی مقایسه شدند ، محققان دریافتند که سیستم مبتنی بر پا دقیق ترین است.
محققان با آزمایش بیشتر سیستم بر روی بیش از دوازده شرکت کننده در طیف وسیعی از سنین و وزن ، داده های زیادی را جمع آوری کردند که اسلید برای اصلاح بیشتر مدل یادگیری ماشین که محاسبه کالری سوزی را محاسبه می کند ، استفاده کرد.
این مدل اطلاعات مربوط به حرکت پا را از حسگرها گرفته و محاسبه می کند - با استفاده از آنچه از داده های قبلی آموخته است - چه مقدار کاربر در هر لحظه از زمان می سوزد. و در حالی که سیستم های پیشرفته فعلی نیاز به حدود شش دقیقه داده از شخصی دارند که در یک محیط آزمایشگاه به ماسک متصل شده اند ، این گزینه جایگزین برای برد آزاد می تواند فقط با چند ثانیه فعالیت عمل کند.
اسلید ، كه انجام كارها را به عنوان یك نمونه از فعالیت های كوتاه مدت كه اغلب نادیده گرفته می شود ، می گوید: "بسیاری از قدم هایی كه هر روز بر می دارید در مدت زمان كوتاه 20 ثانیه یا كمتر اتفاق می افتد." "توانایی گرفتن این فعالیتهای مختصر یا تغییرات پویا بین فعالیتها واقعاً چالش برانگیز است و در حال حاضر هیچ سیستم دیگری نمی تواند چنین کاری را انجام دهد."
شمارش کالری منبع باز
سادگی و قیمت مناسب برای این تیم مهم بود ، همانطور که این طرح به صورت آشکار در دسترس بود ، زیرا آنها امیدوارند این فناوری بتواند مردم را در درک و مراقبت از سلامتی آنها حمایت کند.
کوچندرفر می گوید: "ما در حال تهیه منابع آزاد هستیم به این امید که مردم آن را بگیرند و با آن کار کنند و محصولی تولید کنند که می تواند زندگی مردم را بهبود بخشد."
آنها همچنین معتقدند که سادگی ، مقرون به صرفه بودن و قابلیت حمل این سیستم می تواند از سیاست های بهداشتی بهتر و راه های جدید تحقیق در مورد عملکرد انسان پشتیبانی کند. گروه تحقیقاتی به سرپرستی استیو کالینز ، دانشیار مهندسی مکانیک و نویسنده ارشد این مقاله ، در حال حاضر از یک سیستم مشابه برای مطالعه انرژی مصرف شده با سیستم های رباتیک پوشیدنی که عملکرد را افزایش می دهند ، استفاده می کند.
اسلید می گوید: "یکی از جالب ترین چیزها این است که ما می توانیم فعالیت های در حال تغییر را به طور پویا دنبال کنیم ، و این اطلاعات دقیق به ما اجازه می دهد سیاست های بهتری برای توصیه نحوه تمرین یا کنترل وزن افراد ارائه دهیم."
دلپ ، که همچنین استاد مهندسی زیستی و مهندسی مکانیک است ، می گوید: "این مجموعه کاملا جدیدی از تحقیقات است که می توانیم در مورد عملکرد انسان انجام دهیم." "چه مقدار انرژی می سوزانید هنگام راه رفتن ، هنگام دویدن ، هنگامی که در حال دوچرخه سواری هستید - همه این موارد اساسی هستند. وقتی ابزاری جدید مانند این داشته باشیم دری جدید برای کشف چیزهای جدید درباره عملکرد انسان باز می شود. "
بنیاد ملی علوم ، انستیتوهای ملی بهداشت و یک بورس تحصیلی فارغ التحصیل استنفورد بودجه این کار را تأمین کردند.
منبع: دانشگاه استنفورد
درباره نویسنده
