Các nhà nghiên cứu báo cáo rằng một hệ thống được thực hiện với hai cảm biến rẻ tiền chính xác hơn đồng hồ thông minh để theo dõi lượng calo bị đốt cháy trong quá trình hoạt động
Và hướng dẫn tự làm hệ thống được cung cấp miễn phí trên mạng.
Trong khi đồng hồ thông minh và điện thoại thông minh có xu hướng tắt khoảng 40 đến 80% khi tính lượng calo bị đốt cháy trong một hoạt động, hệ thống này trung bình sai số là 13%.
Patrick Slade, một sinh viên tốt nghiệp ngành kỹ thuật cơ khí tại Stanford cho biết: “Chúng tôi đã xây dựng một hệ thống nhỏ gọn mà chúng tôi đã đánh giá với một nhóm người tham gia đa dạng để đại diện cho dân số Hoa Kỳ và nhận thấy rằng nó hoạt động rất tốt, với khoảng một phần ba lỗi của đồng hồ thông minh. Trường đại học là tác giả chính của bài báo về công trình ở Nature Communications.
Một phần quan trọng của nghiên cứu này là hiểu được một thiếu sót cơ bản của các thiết bị đeo khác có tính calo: chúng dựa vào chuyển động của cổ tay hoặc nhịp tim, mặc dù cả hai đều không phải là dấu hiệu đặc biệt về tiêu hao năng lượng. (Hãy xem xét cách một tách cà phê có thể làm tăng nhịp tim.) Các nhà nghiên cứu đưa ra giả thuyết rằng chuyển động của chân sẽ có ý nghĩa hơn — và các thí nghiệm của họ đã xác nhận ý kiến đó.
Hệ thống đo lường mới này có hai cảm biến ở đùi và cẳng chân chạy bằng pin và được điều khiển bởi một bộ vi điều khiển, có thể được thay thế bằng điện thoại thông minh. (Tín dụng: Andrew Brodhead)
Có những hệ thống cấp phòng thí nghiệm có thể ước tính chính xác lượng năng lượng của một người bỏng trong quá trình hoạt động thể chất bằng cách đo tốc độ trao đổi carbon dioxide và oxy trong hơi thở. Các thiết lập như vậy được sử dụng để đánh giá sức khỏe và thành tích thể thao, nhưng chúng liên quan đến thiết bị cồng kềnh, không thoải mái và có thể đắt tiền.
Hệ thống đeo mới chỉ yêu cầu hai cảm biến nhỏ trên chân, pin và bộ vi điều khiển di động (một máy tính nhỏ) và chi phí chế tạo khoảng 100 đô la. Danh sách của các thành phần và mã để làm cho hệ thống đều có sẵn.
Đồng tác giả Scott Delp, giáo sư tại Trường Kỹ thuật, cho biết: “Đây là một tiến bộ lớn vì cho đến nay, phải mất từ hai đến sáu phút và một mặt nạ phòng độc để ước tính chính xác lượng năng lượng mà một người đang đốt cháy. “Với công cụ mới của Patrick, chúng tôi có thể ước tính lượng năng lượng được đốt cháy qua mỗi bước khi một vận động viên Olympic chạy về đích để có được thước đo về điều gì đang thúc đẩy thành tích đỉnh cao của họ. Chúng tôi cũng có thể tính toán năng lượng tiêu tốn của một bệnh nhân đang hồi phục sau phẫu thuật tim để quản lý tốt hơn việc tập luyện của họ ”.
Chân, không phải cổ tay
Cách mọi người đốt cháy calo rất phức tạp, nhưng các nhà nghiên cứu đã linh cảm rằng các cảm biến trên chân sẽ là một cách đơn giản để hiểu rõ hơn về quá trình này.
“Một vấn đề với đồng hồ thông minh truyền thống là chúng chỉ nhận được thông tin từ chuyển động của cổ tay và nhịp tim của bạn,” đồng tác giả Mykel Kochenderfer, phó giáo sư hàng không và du hành vũ trụ cho biết. “Thực tế là thiết bị của Patrick có tỷ lệ lỗi thấp hơn có ý nghĩa vì nó phát hiện chuyển động của chân bạn và phần lớn năng lượng đang được sử dụng bởi chân của bạn.”
Hệ thống là đơn giản có chủ đích. Nó bao gồm hai cảm biến nhỏ — một ở đùi và một ở cẳng chân — chạy bằng vi điều khiển ở hông, có thể dễ dàng thay thế bằng điện thoại thông minh. Các cảm biến này được gọi là “đơn vị đo lường quán tính” và đo gia tốc và chuyển động quay của chân khi nó chuyển động. Chúng có mục đích nhẹ, di động và chi phí thấp để có thể dễ dàng tích hợp ở các dạng khác nhau, bao gồm cả quần áo, chẳng hạn như quần thông minh.
Để kiểm tra hệ thống chống lại các công nghệ tương tự, các nhà nghiên cứu đã yêu cầu những người tham gia nghiên cứu đeo nó đồng thời đeo hai đồng hồ thông minh và máy đo nhịp tim. Với tất cả các cảm biến được gắn vào, những người tham gia thực hiện nhiều hoạt động khác nhau, bao gồm các tốc độ khác nhau của đi bộ, chạy, đi xe đạp, leo cầu thang và chuyển đổi giữa đi bộ và chạy.
Khi tất cả các thiết bị đeo được so sánh với các phép đo lượng calo đốt cháy do một hệ thống cấp phòng thí nghiệm ghi lại, các nhà nghiên cứu nhận thấy rằng hệ thống dựa trên chân của họ là chính xác nhất.
Bằng cách thử nghiệm thêm hệ thống trên hơn chục người tham gia ở nhiều độ tuổi và cân nặng, các nhà nghiên cứu đã thu thập được nhiều dữ liệu mà Slade đã sử dụng để tinh chỉnh thêm mô hình học máy tính toán ước tính lượng calo đốt cháy.
Mô hình thu nhận thông tin về chuyển động của chân từ các cảm biến và tính toán — sử dụng những gì nó đã học được từ dữ liệu trước đó — người dùng đốt bao nhiêu năng lượng tại mỗi thời điểm. Và, trong khi các hệ thống hiện đại nhất yêu cầu khoảng sáu phút dữ liệu từ một người được nối với mặt nạ trong môi trường phòng thí nghiệm, thì phương pháp thay thế phạm vi miễn phí này có thể hoạt động chỉ với vài giây hoạt động.
Slade nói: “Rất nhiều bước bạn thực hiện hàng ngày chỉ diễn ra trong khoảng thời gian ngắn từ 20 giây trở xuống”, người đã đề cập đến việc làm việc nhà như một ví dụ về hoạt động ngắn hạn thường bị bỏ qua. “Có thể nắm bắt được những hoạt động ngắn gọn này hoặc những thay đổi năng động giữa các hoạt động thực sự là một thách thức và không hệ thống nào khác hiện có thể làm được điều đó”.
Đếm calo nguồn mở
Sự đơn giản và khả năng chi trả rất quan trọng đối với nhóm này, cũng như việc công khai thiết kế, bởi vì họ hy vọng công nghệ này có thể hỗ trợ mọi người hiểu và chăm sóc sức khỏe của họ.
Kochenderfer nói: “Chúng tôi đang tìm nguồn cung ứng mở mọi thứ với hy vọng rằng mọi người sẽ sử dụng nó và sử dụng nó và tạo ra những sản phẩm có thể cải thiện cuộc sống của công chúng,” Kochenderfer nói.
Họ cũng tin rằng sự đơn giản, khả năng chi trả và tính di động của hệ thống này có thể hỗ trợ chính sách y tế tốt hơn và những con đường mới cho nghiên cứu về hiệu suất của con người. Nhóm nghiên cứu do Steve Collins, phó giáo sư kỹ thuật cơ khí và tác giả cấp cao của bài báo này dẫn đầu, đã sử dụng một hệ thống tương tự để nghiên cứu năng lượng sử dụng cho các hệ thống robot có thể đeo được nhằm nâng cao hiệu suất.
Slade nói: “Một trong những điều thú vị nhất là chúng tôi có thể theo dõi các hoạt động thay đổi linh hoạt và thông tin chính xác này sẽ cho phép chúng tôi cung cấp các chính sách tốt hơn để khuyến nghị cách mọi người nên tập thể dục hoặc quản lý cân nặng của họ.
Delp, người cũng là giáo sư kỹ thuật sinh học và kỹ thuật cơ khí cho biết: “Nó mở ra một loạt các nghiên cứu hoàn toàn mới mà chúng ta có thể thực hiện về hiệu suất của con người. “Bạn đang đốt cháy bao nhiêu năng lượng khi đi bộ, khi chạy, khi bạn gắng sức trên chiếc xe đạp - tất cả những điều đó đều là cơ bản. Khi chúng tôi có một công cụ mới như thế này, nó sẽ mở ra một cánh cửa mới để khám phá những điều mới về hiệu suất của con người. ”
Quỹ Khoa học Quốc gia, Viện Y tế Quốc gia và Học bổng Sau đại học Stanford đã tài trợ cho công việc này.
nguồn: Đại học Stanford
Giới thiệu về Tác giả
