Kahdella edullisella anturilla valmistettu järjestelmä on tarkempi kuin älykellot toiminnan aikana poltettujen kaloreiden seuraamiseen, tutkijat raportoivat
Ja ohjeet järjestelmän tekemiseen itse ovat saatavilla ilmaiseksi verkossa.
Vaikka älykellot ja älypuhelimet ovat yleensä pois päältä noin 40-80%, kun on kyse toiminnan aikana poltettujen kaloreiden laskemisesta, tämä järjestelmä on keskimäärin 13% virhe.
"Rakensimme kompaktin järjestelmän, jonka arvioimme monipuolisen osallistujaryhmän kanssa edustamaan Yhdysvaltain väestöä ja huomasimme, että se toimii erittäin hyvin, noin kolmasosa älykellojen virheestä", sanoo Stanfordin konetekniikan jatko-opiskelija Patrick Slade. Yliopisto, joka on kirjoittaja Luonto Viestintä.
Keskeinen osa tätä tutkimusta oli ymmärtää muiden kaloreita laskevien kuluvien osien perusvaikeudet: ne luottavat ranteen liikkeisiin tai sykkeeseen, vaikka kumpikaan ei osoita erityisesti energiankulutusta. (Harkitse, kuinka kuppi kahvia voi lisätä sykettä.) Tutkijat olettivat, että jalkojen liike olisi kertovaisempi - ja heidän kokeilut vahvistivat tämän ajatuksen.
Tässä uudessa mittausjärjestelmässä on kaksi anturia reidessä ja varressa, jotka saavat virtansa akusta ja joita ohjataan mikro-ohjaimella, joka voidaan korvata älypuhelimella. (Luotto: Andrew Brodhead)
On olemassa laboratoriolaatuisia järjestelmiä, jotka voivat arvioida tarkasti, kuinka paljon energiaa henkilö tarvitsee palovammat fyysisen toiminnan aikana mittaamalla hengityksen hiilidioksidin ja hapen vaihtumisnopeus. Tällaisia asetuksia käytetään terveyden ja urheilullisen suorituskyvyn arvioimiseen, mutta niihin liittyy suuria, epämiellyttäviä laitteita ja ne voivat olla kalliita.
Uusi puettava järjestelmä vaatii vain kaksi pientä anturia jalassa, akun ja kannettavan mikro-ohjaimen (pieni tietokone), ja sen valmistaminen maksaa noin 100 dollaria. Luettelo osat ja koodi järjestelmän käyttöönottoa varten ovat molemmat käytettävissä.
"Tämä on iso edistysaskel, koska tähän asti kestää kaksi tai kuusi minuuttia ja kaasunaamari, jotta voidaan arvioida tarkasti kuinka paljon energiaa ihminen polttaa", sanoo tekninen korkeakoulun professori Scott Delp. "Patrickin uuden työkalun avulla voimme arvioida, kuinka paljon energiaa poltetaan jokaisessa vaiheessa olympiaurheilijan kilpaillessa kohti maaliviivaa saadakseen mittauksen siitä, mikä ruokkii heidän huippusuoritustaan. Voimme myös laskea sydämen leikkauksesta toipuvan potilaan käyttämän energian liikunnan hallitsemiseksi paremmin. "
Jalat, ei ranteet
Kuinka ihmiset polttavat kaloreita, on monimutkaista, mutta tutkijoilla oli aavistus siitä, että jalkojen anturit olisivat yksinkertainen tapa saada käsitys tästä prosessista.
"Perinteisten älykellojen ongelma on, että ne saavat tietoa vain ranteesi liikkeestä ja sykkeestä", kertoo avustaja Mykel Kochenderfer, ilmailun ja astronautian apulaisprofessori. "Se, että Patrickin laitteella on alhaisempi virhesuhde, on järkevää, koska se havaitsee jalkojesi liikkeen ja jalkasi kuluttavat suurimman osan energiasta."
Järjestelmä on tarkoituksella yksinkertainen. Se koostuu kahdesta pienestä anturista - yhdestä reidessä ja toisen jalan varresta - jota lonkassa oleva mikrokontrolleri hoitaa ja jotka voidaan helposti korvata älypuhelimella. Näitä antureita kutsutaan "hitausmittausyksiköiksi" ja ne mittaavat jalan kiihtyvyyttä ja pyörimistä sen liikkuessa. Ne ovat tarkoituksella kevyitä, kannettavia ja edullisia, jotta ne voidaan helposti integroida erilaisiin muotoihin, mukaan lukien vaatteet, kuten älykkäät housut.
Järjestelmän testaamiseksi vastaavilla tekniikoilla tutkijat saivat tutkimuksen osanottajat käyttämään sitä samalla, kun heillä oli myös kaksi älykelloa ja sykemittari. Kun kaikki nämä anturit on kiinnitetty, osallistujat suorittivat erilaisia toimintoja, mukaan lukien erilaiset kävelynopeudet, juoksu, pyöräily, portaiden kiipeily ja siirtyminen kävelyn ja juoksun välillä.
Kun kaikkia kuluvia osia verrattiin laboratorioluokan järjestelmän talteenottamiin kalorien palamismittauksiin, tutkijat havaitsivat, että heidän jalkaperusteinen järjestelmä oli tarkin.
Testaamalla järjestelmää edelleen yli tusinan osallistujan kanssa iältään ja painoltaan, tutkijat keräsivät runsaasti tietoja, joita Slade käytti tarkentaakseen koneopiskelumallia, joka laskee kaloripolttoarvion.
Malli ottaa tiedot jalkojen liikkeistä antureista ja laskee edellisistä tiedoista oppimansa perusteella, kuinka paljon energiaa käyttäjä polttaa kulloinkin. Ja vaikka nykyiset huipputekniikkajärjestelmät vaativat noin kuusi minuuttia dataa henkilöltä, joka on kytketty maskiin laboratorioympäristössä, tämä vapaa-alueinen vaihtoehto voi toimia vain sekunnin ajan.
"Monet päivittäin suorittamistasi vaiheista tapahtuvat lyhyissä, enintään 20 sekunnin jaksoissa", kertoo Slade, joka mainitsi askareiden tekemisen yhtenä esimerkkinä lyhyistä purskeista, jotka usein unohdetaan. "Mahdollisuus kaapata nämä lyhyet aktiviteetit tai dynaamiset muutokset toimintojen välillä on todella haastavaa, eikä mikään muu järjestelmä voi tällä hetkellä tehdä sitä."
Avoimen lähdekoodin kalorien laskenta
Yksinkertaisuus ja edullisuus olivat tärkeitä tälle tiimille, samoin kuin suunnittelun tekeminen avoimesti saataville, koska he toivovat, että tämä tekniikka voi auttaa ihmisiä ymmärtämään ja huolehtimaan terveydestään.
"Lähdemme kaiken avoimeksi toivoen, että ihmiset ottavat sen ja juoksevat sen kanssa ja valmistavat tuotteita, jotka voivat parantaa kansalaisten elämää", Kochenderfer sanoo.
He uskovat myös, että tämän järjestelmän yksinkertaisuus, edullisuus ja siirrettävyys voisivat tukea parempaa terveyspolitiikkaa ja uusia keinoja ihmisen suorituskyvyn tutkimiseen. Konetekniikan apulaisprofessorin ja tämän paperin vanhemman kirjoittajan Steve Collinsin johtama tutkimusryhmä käyttää jo samanlaista järjestelmää tutkiakseen suorituskykyä parantavien puettavien robottijärjestelmien kulutettua energiaa.
"Yksi mielenkiintoisimmista asioista on se, että voimme seurata dynaamisesti muuttuvia aktiviteetteja, ja tämän tarkan tiedon avulla voimme tarjota parempia käytäntöjä suositellaksemme, miten ihmisten tulisi käyttää tai hallita painojaan", Slade sanoo.
"Se avaa kokonaan uuden joukon tutkimuksia, joita voimme tehdä ihmisen suorituskyvystä", sanoo Delp, joka on myös bio- ja konetekniikan professori. "Kuinka paljon energiaa poltat kävellessäsi, kun juokset, kun käytät itseäsi pyörällä - kaikki nämä asiat ovat perustavanlaatuisia. Kun meillä on uusi tällainen työkalu, se avaa uuden oven löytää uusia asioita ihmisen suorituskyvystä. "
National Science Foundation, National Institutes of Health ja Stanford Graduate Fellowship rahoittivat työtä.
Lähde: Stanfordin yliopisto
Author
