Mfumo uliotengenezwa na sensorer mbili za bei rahisi ni sahihi zaidi kuliko saa mahiri za kufuatilia kalori zilizochomwa wakati wa shughuli, watafiti wanaripoti
Na maagizo ya kutengeneza mfumo mwenyewe yanapatikana bure mtandaoni.
Wakati smartwatch na simu mahiri huelekea kuzimwa kwa karibu 40 hadi 80% linapokuja suala la kuhesabu kalori zilizochomwa wakati wa shughuli, mfumo huu una wastani wa makosa 13%.
"Tuliunda mfumo thabiti ambao tulitathmini na kikundi anuwai cha washiriki kuwakilisha idadi ya watu wa Merika na tukagundua kuwa inafanya vizuri sana, na karibu theluthi moja kosa la smartwatches," anasema Patrick Slade, mwanafunzi aliyehitimu katika uhandisi wa ufundi huko Stanford Chuo Kikuu ambaye ni mwandishi mkuu wa karatasi juu ya kazi katika Hali Mawasiliano.
Kipande muhimu cha utafiti huu kilikuwa kuelewa upungufu wa kimsingi wa mavazi mengine ambayo huhesabu kalori: wanategemea mwendo wa mkono au kiwango cha moyo, ingawa hakuna dalili ya matumizi ya nishati. (Fikiria jinsi kikombe cha kahawa kinaweza kuongeza kiwango cha mapigo ya moyo.) Watafiti walidhani kwamba mwendo wa mguu ungeelezea zaidi-na majaribio yao yalithibitisha wazo hilo.
Mfumo huu mpya wa upimaji una sensorer mbili kwenye paja na shank ambazo zinaendeshwa na betri na kudhibitiwa na mdhibiti mdogo, ambayo inaweza kubadilishwa na smartphone. (Mikopo: Andrew Brodhead)
Kuna mifumo ya kiwango cha maabara ambayo inaweza kukadiria kwa usahihi ni kiasi gani cha nishati mtu nzito wakati wa mazoezi ya mwili kwa kupima kiwango cha ubadilishaji wa dioksidi kaboni na oksijeni katika pumzi. Seti hizo hutumiwa kutathmini utendaji wa kiafya na riadha, lakini zinajumuisha vifaa vingi, visivyo na wasiwasi na inaweza kuwa ghali.
Mfumo mpya wa kuvaa huhitaji tu sensorer mbili ndogo kwenye mguu, betri na microcontroller inayoweza kubebeka (kompyuta ndogo), na inagharimu karibu $ 100 kutengeneza. Orodha ya vipengele na kificho kwa kufanya mfumo upatikane.
"Hii ni mapema sana kwa sababu, hadi sasa, inachukua dakika mbili hadi sita na kinyago cha gesi kukadiria kwa usahihi ni nguvu ngapi mtu anaungua," anasema mwandishi mwenza Scott Delp, profesa katika Shule ya Uhandisi. "Pamoja na zana mpya ya Patrick, tunaweza kukadiria ni nguvu ngapi inachomwa kwa kila hatua kama mwanariadha wa Olimpiki anapiga mbio kuelekea mstari wa kumaliza kupata kipimo cha kile kinachochochea utendaji wao wa kilele. Tunaweza pia kuhesabu nguvu inayotumiwa na mgonjwa kupona kutoka kwa upasuaji wa moyo ili kudhibiti mazoezi yao vizuri. "
Miguu, sio mikono
Jinsi watu wanavyochoma kalori ni ngumu, lakini watafiti walikuwa na hunch kwamba sensorer kwenye miguu itakuwa njia rahisi ya kupata ufahamu juu ya mchakato huu.
"Suala la saa za jadi ni kupata tu habari kutoka kwa mwendo wa mkono wako na mapigo ya moyo," anasema mwandishi mwenza Mykel Kochenderfer, profesa mwenza wa anga na wanaanga. "Ukweli kwamba kifaa cha Patrick kina kiwango cha chini cha makosa ni busara kwa sababu hugundua mwendo wa miguu yako na nguvu zako nyingi zinatumika na miguu yako."
Mfumo huo ni rahisi kwa makusudi. Inajumuisha sensorer mbili ndogo-moja kwenye paja na moja kwenye shank ya mguu mmoja-inayoendeshwa na mdhibiti mdogo kwenye kiuno, ambayo inaweza kubadilishwa kwa urahisi na smartphone. Sensorer hizi huitwa "vitengo vya kipimo cha inertial" na hupima kasi na mzunguko wa mguu unapotembea. Ni nyepesi kwa makusudi, ya kubebeka na ya bei ya chini ili iweze kuunganishwa kwa urahisi katika aina tofauti, pamoja na mavazi, kama vile suruali mahiri.
Ili kujaribu mfumo dhidi ya teknolojia kama hizo, watafiti walikuwa na washiriki wa masomo wakivaa huku pia wakiwa wamevaa saa mbili za smart na mfuatiliaji wa kiwango cha moyo. Pamoja na sensorer hizi zote kushikamana, washiriki walifanya shughuli anuwai, pamoja na kasi anuwai ya kutembea, kukimbia, kuendesha baiskeli, kupanda ngazi, na kubadilisha kati ya kutembea na kukimbia.
Wakati nguo zote zilipolinganishwa na vipimo vya kuchoma kalori zilizonaswa na mfumo wa kiwango cha maabara, watafiti waligundua kuwa mfumo wao wa msingi wa mguu ulikuwa sahihi zaidi.
Kwa kujaribu zaidi mfumo kwa washiriki zaidi ya dazeni katika anuwai ya miaka na uzani, watafiti walikusanya utajiri wa data ambayo Slade ilitumia kuboresha zaidi modeli ya ujifunzaji wa mashine ambayo huhesabu makadirio ya kuchoma kalori.
Mfano huchukua habari juu ya harakati za miguu kutoka kwa sensorer na kompyuta - kwa kutumia kile kilichojifunza kutoka kwa data zilizopita - ni nguvu ngapi mtumiaji anaungua kila wakati kwa wakati. Na, wakati mifumo ya kisasa ya hali ya juu inahitaji data ya dakika sita kutoka kwa mtu aliyefungwa kwenye kinyago katika mpangilio wa maabara, mbadala huu wa masafa huru unaweza kufanya kazi na sekunde tu za shughuli.
"Hatua nyingi unazochukua kila siku hufanyika kwa mapumziko mafupi ya sekunde 20 au chini," anasema Slade, ambaye alitaja kufanya kazi za nyumbani kama mfano mmoja wa shughuli fupi ambazo mara nyingi hupuuzwa. "Kuwa na uwezo wa kunasa shughuli hizi fupi au mabadiliko ya nguvu kati ya shughuli ni changamoto sana na hakuna mfumo mwingine unaoweza kufanya hivyo kwa sasa."
Kuhesabu chanzo cha kalori
Unyenyekevu na gharama nafuu zilikuwa muhimu kwa timu hii, kama ilivyokuwa ikifanya muundo upatikane wazi, kwa sababu wanatumai teknolojia hii inaweza kusaidia watu katika kuelewa na kutunza afya zao.
"Tunatafuta kila kitu kwa matumaini kwamba watu wataichukua na kukimbia nayo na kutengeneza bidhaa ambazo zinaweza kuboresha maisha ya umma," anasema Kochenderfer.
Wanaamini pia kuwa unyenyekevu, ufikiaji na uwekaji wa mfumo huu unaweza kusaidia sera bora ya afya na njia mpya za utafiti katika utendaji wa binadamu. Kikundi cha utafiti kilichoongozwa na Steve Collins, profesa mshirika wa uhandisi wa kiufundi na mwandishi mwandamizi wa jarida hili, tayari anatumia mfumo kama huo kusoma nishati inayotumiwa na mifumo ya roboti inayovaa ambayo inaongeza utendaji.
"Moja ya mambo ya kufurahisha zaidi ni kwamba tunaweza kufuatilia shughuli zinazobadilika sana, na habari hii sahihi itaturuhusu kutoa sera bora za kupendekeza jinsi watu wanapaswa kufanya mazoezi au kudhibiti uzani wao," anasema Slade.
"Inafungua seti mpya kabisa ya masomo ya utafiti ambayo tunaweza kufanya juu ya utendaji wa binadamu," anasema Delp, ambaye pia ni profesa wa uhandisi wa mimea na uhandisi wa mitambo. Ni nguvu ngapi unayochoma unapotembea, unapokimbia, unapojitahidi kwa baiskeli — vitu vyote ni vya msingi. Tunapokuwa na zana mpya kama hii inafungua mlango mpya wa kugundua vitu vipya juu ya utendaji wa binadamu. "
Shirika la Sayansi ya Kitaifa, Taasisi za Kitaifa za Afya, na Ushirika wa Wahitimu wa Stanford walifadhili kazi hiyo.
chanzo: Chuo Kikuu cha Stanford
Kuhusu Mwandishi
