Сегодня состоялся эфир передачи “Доброе утро” на 1 канале, куда Артема Кузнецова приглашали в качестве эксперта. Темой сюжета передачи “Доброе утро” стали мобильные приложения, которые используются для контроля за собственным здоровьем.
Артем Кузнецов, 1 канал, Доброе утро
1. Шагомер. Как он работает технически ? Есть погрешности или он четко считывает и подсчитывает шаги
Главное условие, при котором смартфон будет работать как шагомер — наличие акселерометра. Это датчик положения, который определяет ускорение объекта в пространстве. Самый простой способ узнать о наличии акселерометра — проверить, есть ли у смартфона функция поворота дисплея. Если гаджет может определить, что вы повернули его, значит, у него есть акселерометр. Еще проще будет заглянуть в характеристики конкретного устройства и проверить, какими сенсорами оно оснащено.
Выглядит это так: смартфон у нас в кармане, мы идём, а он «прыгает» вверх-вниз вместе с нами. Акселерометр фиксирует эти скачки (амплитуду и частоту), а потом выдаёт нам количество шагов и другие параметры.
Многие современные устройства оснащены не только акселерометром, но и гироскопом. И если акселерометр определяет, двигается устройство или нет, то гироскоп отслеживает положение объекта в пространстве — то есть угол, на который изменилось направление движения вашего смартфона или фитнес-браслета. Он передает в программу траекторию движения гаджета по трем осям системы координат. Благодаря этому можно определить, перемещается ли рука при движении по горизонтали или остается примерно в одной зоне. Гироскоп помогает процессору лучше «понять» смысл вашего перемещения — был ли это шаг или вы просто положили телефон в карман.
Для работы шагомера также требуется отдельное приложение — на многих смартфонах эта функция включена в программу для мониторинга показателей организма, которая установлена по умолчанию. Например, у HUAWEI и Apple оно называется «Здоровье», а у Samsung — Samsung Health. Можно скачать и отдельное приложение для подсчета шагов — Pedometer или Google Fit. Если в настройках такой программы указать свой рост и вес, то можно узнать не только количество пройденных шагов, но и примерный объем сожженных калорий.
В отличие от смартфона, который во время ходьбы обычно находится в кармане или сумке, фитнес-браслет или умные часы расположены на запястье, которое перемещается в пространстве во время движения пользователя. Чтобы устройство могло отличить обычные взмахи руками от бега, носимым гаджетам важно наличие гироскопа. С ним они не только смогут определить, что вы начали двигаться, но и будут понимать — каким образом.
Конечно, фитнес-браслеты могут «считать шаги» и только с акселерометром, опираясь на возможности встроенного ПО. Но точность в этом случае будет ниже, чем в связке с гироскопом.
Причем качественный и дорогой фитнес-браслет оснащен акселерометром, который различает взмахи руки при ходьбе и совершении других операций. Некоторые даже дифференцируют бег и ходьбу, правильно подсчитывая потраченные калории.
Существуют также устройства, у которых имеется приемник спутниковой навигационной информации (GPS или ГЛОНАСС). Его наличие позволяет определять количество пройденных шагов с 99% точностью. Однако эти гаджеты стоят дороже стандартных фитнес-браслетов и уже относятся к категории «умных часов».
Приложение для отображения количество шагов обычно предустановлено в системе фитнес-браслета или умных часов. Если вы используете гаджет известной компании, например, Xiaomi, то он будет работать с тем же приложением, что и смартфоны той же марки. Это поможет связать устройства без установки дополнительных программ. Например, для работы Mi Band требуется приложение Mi Fit, а для умных часов Galaxy Watch Active — программа Samsung Health.
Погрешности и точность измерений
Телефоны со встроенными приложениями можно носить в любом положении, часы – на руке.
Тип поверхности тоже имеет значение. Наиболее точные показатели шагов представляются на асфальтированной дороге. Извилистые тропинки, прогулки по берегу моря, в лесу измеряются неточно даже профессиональными шагомерами. Однако погрешность невелика – всего 5%.
На показания влияет ряд индивидуальных качеств человека: походка, длина шага, наличие заболеваний. Проверить точность показаний просто. Сбросьте прогресс на часах до нуля. Пройдите ровно двадцать шагов и посмотрите на прибор. На дисплее должно высветиться число «20».
У часов более точный подсчет шагов и расстояния.
- На первом месте смарт-кроссовки, которые подключаются к телефону через приложение. Там находится датчик, который считывает нагрузку. Минус только в том, что, если вы носите другую обувь, система не засчитывает информацию.
- На втором месте по точности предоставляемых показателей размещаются фитнес-трекер и смарт-часы. Они располагаются на запястье, чип плотно прижимается, мониторит не только взмахи руками и пройденное расстояние, но и пульс. Пульс и общее самочувствие очень важно отслеживать во время бега.
- На третьем месте по точности сам смартфон и его автономные приложения. С одной стороны, информация более-менее точная, но на практике смартфон иногда считает проделанное расстояние на каком-то транспорте как шаги. Или же наоборот — если вы идете, а телефон лежит в кармане, он не всегда засчитывает это как пройденную дистанцию.
2. Счётчик калорий. Как он технически работает ? Как программа определяет сколько именно я калорий потратила во время пробежки или съела?
Большинство современных фитнес-трекеров способны определять количество потраченных калорий. Точность расчета зависит от используемой математической модели и данных, которые устройство способно собрать. Но как фитнес-браслет считает калории, и какие математические формулы при этом используются, производители не рассказывают.
Фитнес-браслеты для расчета количества сожженных калорий собирают данные о своем владельце. Показатели физического состояния пользователя и информацию о видах активности устройство получает через датчики (если это входит в число его функций). Параметры владельца браслета (рост, вес, возраст) вводятся самим пользователем.
Показатели активности
Основой для расчета данных выступает вид активности. Количество калорий, сжигаемых при беге, и тот же параметр во время просмотра телевизора кардинально отличаются.
Современные гаджеты способны самостоятельно определять тип активности, отслеживать количество повторений при выполнении упражнений, некоторые могут даже посчитать, сколько ступенек прошел человек.
В отдельных моделях браслетов встречается режим «Тренировка». Эта опция позволяет выбрать упражнения и количество повторений.
Основные данные о передвижении считывает специальный датчик — акселерометр. Он дает гаджету большую часть информации о положении в пространстве и скорости — как раз он и отвечает за подсчет активности при ходьбе. В первых браслетах было немного датчиков (был только акселерометр), поэтому любое движение они считали за шаг. Сейчас благодаря наличию GPS, гироскопа (предоставляет данные о трехмерном положении в пространстве) и других устройств фитнес-браслет может понять идет пользователь, бежит или стоит на месте и размахивает руками.
Данные физического состояния
Современные модели браслетов могут считывать большое количество данных пользователя. Они способны не только назвать пульс, но и посчитать давление, замерить температуру и частоту дыхания.
Количество сжигаемых калорий зависит от частоты сердечных сокращений, поэтому практически во всех моделях есть датчик сердечного ритма. Хотя перед ними не стоит задача определять пульс с медицинской точностью, они постоянно совершенствуются, и погрешность в результатах незначительная (2-3 удара в минуту).
Показатели носителя
Одна и та же активность в течение одинакового промежутка времени может отнимать разное количество калорий в зависимости от роста, веса и возраста человека. У ребенка в 13-14 лет, который при росте 120 см весит 50 кг, и у женщин в 40 лет с ростом 165 см и весом 50 кг расход энергии при занятии одинаковыми видами физических нагрузок будет отличаться. В связи с этим фитнес-браслеты, в которые есть возможность вводить такие параметры, дают более точные результаты при подсчете калорий.
В приложения, которые синхронизируются с фитнес-трекерами, также могут вводиться данные о питании. В них представлены списки продуктов и готовых блюд, из которых пользователь составляет свой дневной рацион. Программа считает количество потребленной энергии и может показывать разницу между приобретенными и потраченными за день калориями.
Математическая модель подсчета
Во все фитнес-трекеры заложен такой принцип подсчета: браслет отслеживает затраченные во время разных видов активности калории за день (даже если человек сидит, он расходует энергию) и суммирует их. Результат будет тем точнее, чем больше трекер охватывает видов активности и показателей состояния носителя.
Приложения для подсчета калорий
Все эти приложения работают примерно одинаково: вы указываете, что вы съели и сколько, а также какие спортивные упражнения выполняли и в каком объеме. Некоторые приложения умеют составлять диеты и предлагать спортивные программы для наиболее эффективного сброса веса.
Список приложений
https://geeker.ru/android/kalkulyator-kalorij/
3. Биоэмпидансный анализ тела – функция в смарт-часах. Как это штука работает технически ? Как часы могут рассчитать – сколько во мне воды, жира и мышц
Биоимпедансный анализ состава тела человека основан на измерении электрической проводимости различных тканей тела. Полученные показатели позволяют рассчитать характеристики состава тела, такие как жировая, безжировая, клеточная, скелетно-мышечная масса, объём и распределение воды в организме.
Еще в 1969 году Хоффер и ряд других исследователей доказали, что электрическое сопротивление организма напрямую зависит от количества воды в нём. И это вполне логично, если понимать, что такое сопротивление.
Ток — это движение заряженных частиц, направленное в одну сторону.
К примеру, в куске провода есть масса свободных электронов, которые легко отрываются от своих атомов и медленно «ползают» по металлу в разных направлениях. Вы можете безопасно взять такой провод в руку и он не ударит током. Ведь для возникновения тока все эти электроны должны поползти в одну сторону.
Когда мы подключаем к проводу напряжение (невидимую силу, толкающую заряженные частицы), все электроны начинают двигаться в одну сторону. И в этот момент в проводе возникает ток
Ровно то же происходит и с нашим телом. Только здесь движутся не электроны, а различные химические элементы, растворенные в крови и обладающие зарядом (их называют ионами). В основном это натрий, калий и хлор.
Логично предположить, что движение электронов или ионов может замедляться. Они банально могут сталкиваться с другими атомами или химическими элементами. Также они могут замедлять движение, теряя свою энергию, которая переходит в тепло.
Электрическое сопротивление и показывает, как сильно какой-то материал препятствует движению тока. Чем выше сопротивление, тем труднее электронам или ионам свободно передвигаться.
Есть материалы, в которых вообще нет движения электронов. Они называются изоляторами. Нужна огромная энергия, чтобы заставить электроны в таких атомах «спрыгнуть» со своих орбиталей и уйти в свободное плавание.
Если мы заглянем внутрь нашего тела, то увидим, что оно состоит из мышц, жировой ткани, различных органов, костей и большого количества жидкости (крови, лимфы, тканевой жидкости). Несложно догадаться, что ток будет по-разному протекать внутри тела.
Ток всегда проходит по пути наименьшего сопротивления. Если в организме есть кровь (по сути — это вода с растворенными в ней химическими элементами), ток никогда не будет пытаться пробиться сквозь кости или жир. Он свободно потечёт по мышцам и сосудам.
А теперь представьте, что перед нами два человека. Первый — полностью здоров, а второй страдает ожирением. Можем ли мы это определить по электрическому сопротивлению их тел?
Проведем простой эксперимент!
Берём двух человек, прокалываем им кожу, чтобы она не влияла на результаты измерений, и вставляем провода с мультиметром (прибором для измерения напряжения, тока и сопротивления). Пускаем ток и смотрим, как сильно их внутренние ткани сопротивляются движению этого тока.
Мы заранее знали точное количество тока, которое пропускали через каждое тело. Также мы измерили сопротивление двух тел. Предположим, что оно оказалось идентичным в двух случаях, из чего мы делаем простой вывод — количество жидкости в телах испытуемых одинаково.
Теперь узнаем вес каждого человека. Пусть первый весит 65 кг, второй — 95 кг. Но так как наше измерение сопротивления показало идентичное количество жидкости, мы понимаем, что разница в 30 кг — это не дополнительные мышцы. Ведь мышцы на 80% состоят из воды и в этом случае сопротивление более тяжелого человека оказалось бы гораздо ниже. Больше мышц — больше жидкости, а больше жидкости — ниже сопротивление.
Важно понимать, что процент жидкости в различных тканях известен и он не сильно варьируется от человека к человеку. Поэтому несложно догадаться, что именно содержится в дополнительных 30 килограммах второго человека. Из этого делаем логичный вывод: у второго человека — «широкая кость», то есть, ожирение.
Это и есть общий принцип биоимпедансного анализа. Если с этим всё понятно, тогда немножко углубимся в тему.
Датчик анализа биоэлектрического импеданса (БИА) зачастую применяется в умных весах, он может измерять состав вашего тела, например массу скелета, мышц или жира. Для измерения датчик посылает к телу микротоки и анализирует их сопротивление в разных частях организма.
Золотым стандартом измерения состава тела считается ДРА (Двухэнергетическая рентгеновская абсорбциометрия). Каждое устройство БИА (Биоимпендансный анализ тела) имеет свой собственный алгоритм для оценки показателей:
- Устройство БИА с 8 электродами измеряет импеданс всего тела от ладоней до ступней.
- Весы БИА измеряют сопротивление нижней части тела от левой ноги до правой ноги.
- Часы БИА измеряют сопротивление верхней части тела от левой руки до правой.
Из-за различных частей тела, используемых для измерения импеданса тела различными типами устройств, результаты могут немного отличаться. Что касается точности часов Samsung Galaxy Watch4, то она составляет 98% по сравнению с ДРА или устройством БИА с 8 электродами.
Обратите внимание: в отличие от профессиональных приборов, часы измеряют состав тела на основе строения верхней части тела. Измерения могут быть неточными, если верхняя и нижняя часть тела имеет большую разницу в соотношении мышечной массы к жировым тканям, а также у людей с большим количеством жировой ткани или большим количеством мышц.
Практически невозможен такой вариант, чтобы денситометрия (золотой стандарт) показала 29% жира, а смарт-часы или умные весы — 19%. Биоимпеданс достаточно точен для удовлетворения любопытства. И тот факт, что даже смарт-часы с такой высокой корреляцией показывают состав тела, не может не радовать.
Эти устройства прекрасно подходят для того, чтобы следить за своим состоянием в динамике. Главное — правильно проводить измерение. Делать это утром в одно и то же время, после утреннего туалета, до того, как вы выпьете стакан воды.
Если речь идет о смарт-часах, нужно обязательно приподнимать руки во время измерения (лучше держать их перед собой), чтобы они не соприкасались с туловищем, особенно в области подмышек.
Также необходимо исключить любые металлические предметы на руках, включая металлический браслет, если вы используете часы именно с браслетом. Ну и, конечно же, пальцы правой руки должны касаться только кнопок-электродов. А сам контакт с кнопками должен быть уверенным и плотным.
Еще лучше избегать движений мышц во время измерения, чтобы возникающий в мышцах ток не вносил искажений.
Точность измерений
В случае с часами мы действительно измеряем процент жира только в руках и груди, а в случае с весами — ногах и нижней части живота. Всё остальное «дорисовывается» нейросетью и/или сложными алгоритмами, математическими расчетами и физиологическими закономерностями (стандартными соотношениями).
Не стоит думать, что в таком случае результат получается совершенно случайным. Нет, эти алгоритмы достаточно точно моделируют всё тело по нескольким участкам. Но не настолько точно, чтобы считать весы/часы медицинским прибором.
В идеале нужно собрать все антропометрические данные и ввести их в устройство, но никто не будет этого делать. Поэтому на помощь приходят нейросети, которых обучают на огромном количестве самых разных людей.
Если говорить о точности биоимпедансного анализа, то при правильном измерении, разница в проценте жира на смарт-часах Galaxy Watch 4 и весах Huawei Smart Scale 3 составляет не более чем на 2-3%.
Видео-сюжет на Первом канале
