Народ, всем привет. Умные часы, браслеты, фитнес-трекеры давно стали незаменимыми помощниками для тех, кто следит за своим здоровьем и уровнем физической активности. Часы могут больше, трекеры поменьше, но у тех свои особенности. Но все эти устройства чаще всего позволяют узнать три важных показателя - отслеживать шаги, анализировать качество сна и измерять сердечный ритм. Давайте попробуем разобраться простыми словами, как работают эти датчики и что лежит в основе их функциональности.
Как умные часы отслеживают шаги?
Для начала начнём с самого распространенного и интересного - отслеживание шагов. Это, так сказать, одна из базовых функций умных часов и фитнес-браслетов, и многие только ради нее и покупают сей гаджет. И для этого устройства используют акселерометр — датчик, измеряющий ускорение в трёх плоскостях (вверх-вниз, вперёд-назад, вправо-влево). Каждый раз, когда вы движетесь, акселерометр фиксирует изменение положения устройства.
Процесс выглядит примерно следующим образом:
- для начала акселерометр регистрирует микродвижения, вызванные вашими шагами, и собирает данные
- после чего происходит анализ параметров, встроенные алгоритмы анализируют данные, чтобы отличить шаги от других движений, таких как тряска руки.
- и уже потом происходит подсчёт шагов, т.е. система преобразует данные в количество шагов и рассчитывает расстояние на основе средней длины шага.
Некоторые модели умных часов также используют гироскопы, чтобы повысить точность подсчёта шагов, особенно при изменении угла наклона устройства, например, во время бега.
Кстати, Вам может быть это интересно:
А если все это подытожить, то простыми словами часы не считают сами шаги, не делят расстояние по геопозиции и прочее. Они постоянно улавливают колебания устройства относительно уровня моря, можно так сказать, и скорость этих изменений. При этом само положение часов, на опущенной руке, поднятой, у вас в кармане, это никак не влияет. Также как и резкое поднятие или опускание.
Грубо говоря, часы «ищут» именно незначительные ритмичные колебания, которые он и воспринимает как ваши шаги. И работает это вполне прекрасно. Но иногда эти колебания может вызвать и транспорт, именно поэтому иногда часы «накручивают» шаги по время движения в трамвае, скажем, или вождении.
Как часы анализируют сон?
Переходим к более усложнённому процессу - сну. И действительно, отслеживание сна — сложная задача, требующая интеграции нескольких датчиков и алгоритмов. Умные часы собирают данные с помощью все того же акселерометра, который фиксирует, как много вы двигаетесь во время сна. Если движения минимальны, это может указывать на глубокую фазу сна.
Плюс сюда идет показатели пульсометра: датчик сердечного ритма измеряет пульс и его вариации (HRV). Замедление сердцебиения чаще всего связано с глубоким сном, тогда как его ускорение указывает на фазу быстрого сна (REM). Ну и в некоторых устройствах используются микрофоны для записи звуков (храпа) или сенсоры температуры, которые помогают точнее оценивать качество сна. Все эти данные обрабатываются алгоритмами, которые разделяют ваш сон на три основные фазы:
- лёгкий сон - фаза, когда вы легко можете проснуться.
- глубокий сон - важный для восстановления организма.
- и быстрый сон (REM) - когда мозг активно обрабатывает информацию, а глаза быстро двигаются под веками.
Измерение сердечного ритма
Тут мы затронули еще один интересный датчик, это измерение пульса. В умных часах используется технология фотоплетизмографии (PPG), я думаю вы видели такой мигающий фонарик на обороте часов. Если говорить простыми словами, то это работает примерно так:
- светодиоды излучают зелёный или инфракрасный свет на кожу.
- часть света поглощается кровью, а часть отражается обратно.
- датчики фиксируют изменения интенсивности отражённого света, которые зависят от объёма крови, протекающей через сосуды.
И уже эти изменения позволяют часам рассчитывать частоту сердечных сокращений (ЧСС). Многие устройства также измеряют вариабельность сердечного ритма (HRV), что помогает оценивать уровень стресса и общую физическую нагрузку, но мы так глубоко погружаться не будем. Если говорить совсем просто, то измерение пульса основано на изменении спектра света и его интенсивности при отражении от руки (кожи) человека. И конечно, часы ваш пульс не считают, но для лучше работы данного датчика часы надо плотно носить на руке.
Все эти датчики работают совместно, чтобы предоставить пользователю комплексную информацию о состоянии здоровья. Например, во время тренировки умные часы анализируют шаги, пульс и пройденное расстояние, чтобы рассчитать сожжённые калории. При отслеживании сна устройство использует данные акселерометра и пульсометра, чтобы дать рекомендации по улучшению качества сна. Для оценки уровня стресса часы обрабатывают данные о вариабельности сердечного ритма и дыхательных паттернах. Но об этом мы погорим как-нибудь в другой раз.