متتبع الصحة dyi 07 20

أفاد باحثون أن النظام المصنوع من مستشعرين غير مكلفين أكثر دقة من الساعات الذكية لتتبع السعرات الحرارية المحروقة أثناء النشاط.

وإرشادات إنشاء النظام بنفسك متاحة مجانًا عبر الإنترنت.

في حين أن الساعات الذكية والهواتف الذكية تميل إلى التوقف بحوالي 40 إلى 80٪ عندما يتعلق الأمر بإحصاء السعرات الحرارية المحروقة أثناء النشاط ، فإن متوسط ​​الخطأ في هذا النظام هو 13٪.

يقول باتريك سليد ، طالب دراسات عليا في الهندسة الميكانيكية بجامعة ستانفورد: "لقد أنشأنا نظامًا مضغوطًا قيمناه مع مجموعة متنوعة من المشاركين لتمثيل سكان الولايات المتحدة ووجدنا أنه يعمل بشكل جيد للغاية ، مع وجود حوالي ثلث خطأ الساعات الذكية". الجامعة وهو المؤلف الرئيسي لورقة عمل حول العمل في طبيعة الاتصالات.

كان أحد الأجزاء المهمة في هذا البحث هو فهم النقص الأساسي في الأجهزة القابلة للارتداء الأخرى التي تحسب السعرات الحرارية: فهي تعتمد على حركة المعصم أو معدل ضربات القلب ، على الرغم من أن أيًا منهما لا يشير بشكل خاص إلى إنفاق الطاقة. (ضع في اعتبارك كيف يمكن لفنجان من القهوة أن يزيد من معدل ضربات القلب.) افترض الباحثون أن حركة الساق ستكون أكثر دلالة - وقد أكدت تجاربهم هذه الفكرة.


رسم الاشتراك الداخلي


ديي تعقب الصحة 2 07 20 يتميز نظام القياس الجديد هذا بجهاز استشعار على الفخذ والساق يعملان ببطارية ويتم التحكم فيهما بواسطة متحكم يمكن استبداله بهاتف ذكي. (الائتمان: أندرو برودهيد)

هناك أنظمة معملية يمكنها تقدير كمية الطاقة التي يحتاجها الشخص بدقة الحروق أثناء النشاط البدني عن طريق قياس معدل تبادل ثاني أكسيد الكربون والأكسجين في التنفس. تُستخدم مثل هذه الإعدادات لتقييم الأداء الصحي والرياضي ، لكنها تتضمن معدات ضخمة وغير مريحة ويمكن أن تكون باهظة الثمن.

لا يتطلب النظام الجديد القابل للارتداء سوى مستشعرين صغيرين على الساق وبطارية وجهاز تحكم دقيق محمول (كمبيوتر صغير) ، ويتكلف صنعه حوالي 100 دولار. القائمة ل مكونات و الكود لجعل النظام كلاهما متاح.

يقول المؤلف المشارك سكوت ديلب ، الأستاذ في كلية الهندسة: "هذا تقدم كبير لأنه ، حتى الآن ، يستغرق الأمر من دقيقتين إلى ست دقائق وقناع غاز لتقدير مقدار الطاقة التي يحرقها الشخص بدقة". "باستخدام أداة باتريك الجديدة ، يمكننا تقدير مقدار الطاقة التي يتم حرقها مع كل خطوة بينما يتسابق رياضي أولمبي نحو خط النهاية للحصول على مقياس لما يغذي ذروة أدائه. يمكننا أيضًا حساب الطاقة التي ينفقها مريض يتعافى من جراحة القلب لإدارة التمرين بشكل أفضل ".

الساقين وليس الرسغين

كيف يحرق الناس السعرات الحرارية أمر معقد ، لكن الباحثين كان لديهم حدس مفاده أن أجهزة الاستشعار الموجودة على الساقين ستكون طريقة بسيطة لاكتساب نظرة ثاقبة لهذه العملية.

يقول المؤلف المشارك Mykel Kochenderfer ، الأستاذ المشارك في علوم الطيران والملاحة الفضائية: "هناك مشكلة في الساعات الذكية التقليدية وهي أنها لا تحصل إلا على معلومات من حركة معصمك ومعدل ضربات القلب". "حقيقة أن جهاز باتريك به معدل خطأ أقل أمر منطقي لأنه يكتشف حركة ساقيك ومعظم طاقتك تنفقها ساقيك."

النظام بسيط عن قصد. وهو يتألف من مستشعرين صغيرين - أحدهما على الفخذ والآخر على ساق واحدة - يديرهما متحكم دقيق على الورك ، والذي يمكن استبداله بسهولة بهاتف ذكي. تسمى هذه المستشعرات "وحدات القياس بالقصور الذاتي" وتقيس تسارع ودوران الساق أثناء تحركها. إنها خفيفة الوزن عن قصد ، ومحمولة ، ومنخفضة التكلفة بحيث يمكن دمجها بسهولة في أشكال مختلفة ، بما في ذلك الملابس ، مثل السراويل الذكية.

لاختبار النظام ضد التقنيات المماثلة ، طلب الباحثون من المشاركين في الدراسة ارتدائه أثناء ارتداء ساعتين ذكيتين وجهاز مراقبة معدل ضربات القلب. مع كل هذه المستشعرات المرفقة ، أجرى المشاركون مجموعة متنوعة من الأنشطة ، بما في ذلك سرعات مختلفة للمشي والجري وركوب الدراجات وتسلق السلالم والانتقال بين المشي والجري.

عندما تمت مقارنة جميع الأجهزة القابلة للارتداء بقياسات حرق السعرات الحرارية التي تم التقاطها بواسطة نظام تصنيف المختبر ، وجد الباحثون أن نظامهم القائم على الساق كان الأكثر دقة.

من خلال إجراء مزيد من الاختبارات للنظام على أكثر من عشرة مشاركين عبر مجموعة من الأعمار والأوزان ، جمع الباحثون ثروة من البيانات التي استخدمها سليد لتحسين نموذج التعلم الآلي الذي يحسب تقديرات حرق السعرات الحرارية.

يأخذ النموذج المعلومات حول حركة الساق من المستشعرات ويحسب - باستخدام ما تعلمه من البيانات السابقة - مقدار الطاقة التي يحرقها المستخدم في كل لحظة من الزمن. وبينما تتطلب أحدث الأنظمة الحالية حوالي ست دقائق من البيانات من شخص متصل بقناع في إعداد معمل ، يمكن لهذا البديل ذي النطاق الحر أن يعمل بثوانٍ فقط من النشاط.

"الكثير من الخطوات التي تتخذها كل يوم تحدث في فترات قصيرة مدتها 20 ثانية أو أقل" ، كما يقول سليد ، الذي ذكر القيام بالأعمال المنزلية كمثال على النشاط قصير المدى الذي يتم تجاهله غالبًا. "تعد القدرة على التقاط هذه الأنشطة الموجزة أو التغييرات الديناميكية بين الأنشطة أمرًا صعبًا حقًا ولا يمكن لأي نظام آخر القيام بذلك حاليًا."

عد السعرات الحرارية مفتوح المصدر

كانت البساطة والقدرة على تحمل التكاليف مهمة لهذا الفريق ، كما كان جعل التصميم متاحًا بشكل مفتوح ، لأنهم يأملون في أن تدعم هذه التكنولوجيا الأشخاص في فهم صحتهم والعناية بها.

يقول Kochenderfer: "نحن نفتح مصادر كل شيء على أمل أن يأخذه الناس ويعملون معه ويصنعون منتجات يمكنها تحسين حياة الجمهور".

ويعتقدون أيضًا أن بساطة هذا النظام والقدرة على تحمل تكاليفه وإمكانية نقله يمكن أن تدعم سياسة صحية أفضل وسبلًا جديدة للبحث في الأداء البشري. تستخدم مجموعة البحث بقيادة ستيف كولينز ، الأستاذ المشارك في الهندسة الميكانيكية والمؤلف الرئيسي لهذه الورقة ، بالفعل نظامًا مشابهًا لدراسة الطاقة المستهلكة باستخدام أنظمة روبوتية يمكن ارتداؤها تعزز الأداء.

يقول سليد: "أحد أكثر الأشياء إثارة هو أنه يمكننا تتبع الأنشطة المتغيرة ديناميكيًا ، وستتيح لنا هذه المعلومات الدقيقة تقديم سياسات أفضل للتوصية بكيفية ممارسة الأشخاص لأوزانهم أو إدارة أوزانهم".

يقول ديلب ، وهو أيضًا أستاذ الهندسة الحيوية والهندسة الميكانيكية: "إنه يفتح مجموعة جديدة كاملة من الدراسات البحثية التي يمكننا القيام بها بشأن الأداء البشري". "ما مقدار الطاقة التي تحرقها أثناء المشي ، وأثناء الركض ، وأثناء إجهاد نفسك على الدراجة - كل هذه الأشياء أساسية. عندما يكون لدينا أداة جديدة مثل هذه ، فإنها تفتح بابًا جديدًا لاكتشاف أشياء جديدة حول الأداء البشري ".

قامت المؤسسة الوطنية للعلوم والمعاهد الوطنية للصحة وزمالة ستانفورد للدراسات العليا بتمويل العمل.

المصدر جامعة ستانفورد

نبذة عن الكاتب

تايلور كوبوتا ، جامعة ستانفورد

ظهر هذا المقال في الأصل على Futurity