นักวิจัยรายงานว่าระบบที่สร้างด้วยเซ็นเซอร์ราคาไม่แพงสองตัวนั้นแม่นยำกว่าสมาร์ทวอทช์ในการติดตามแคลอรี่ที่เผาผลาญระหว่างทำกิจกรรม

และคำแนะนำในการสร้างระบบด้วยตัวคุณเองนั้นสามารถอ่านได้ฟรีทางออนไลน์

ในขณะที่สมาร์ตวอทช์และสมาร์ทโฟนมีแนวโน้มลดลงประมาณ 40 ถึง 80% เมื่อพูดถึงการนับแคลอรีที่เผาผลาญระหว่างทำกิจกรรม ระบบนี้มีข้อผิดพลาดโดยเฉลี่ย 13%

Patrick Slade นักศึกษาระดับบัณฑิตศึกษาสาขาวิศวกรรมเครื่องกลของ Stanford กล่าวว่า "เราสร้างระบบขนาดกะทัดรัดที่เราประเมินกับผู้เข้าร่วมกลุ่มต่างๆ เพื่อเป็นตัวแทนของประชากรสหรัฐฯ และพบว่าระบบทำงานได้ดีมาก โดยประมาณหนึ่งในสามของข้อผิดพลาดของสมาร์ทวอทช์" มหาวิทยาลัยที่เป็นผู้เขียนหลักของบทความเกี่ยวกับงานใน การสื่อสารธรรมชาติ.

งานวิจัยชิ้นสำคัญชิ้นหนึ่งคือการทำความเข้าใจข้อบกพร่องพื้นฐานของอุปกรณ์สวมใส่อื่นๆ ที่นับแคลอรี่ โดยอาศัยการเคลื่อนไหวของข้อมือหรืออัตราการเต้นของหัวใจ แม้ว่าจะไม่ได้บ่งบอกถึงการใช้พลังงานโดยเฉพาะก็ตาม (พิจารณาว่ากาแฟหนึ่งถ้วยสามารถเพิ่มอัตราการเต้นของหัวใจได้อย่างไร) นักวิจัยตั้งสมมติฐานว่าการเคลื่อนไหวของขาจะบ่งบอกได้มากกว่า และการทดลองของพวกเขาก็ยืนยันแนวคิดนั้น

 ระบบการวัดใหม่นี้มีเซ็นเซอร์สองตัวที่ต้นขาและด้ามที่ใช้พลังงานจากแบตเตอรี่และควบคุมโดยไมโครคอนโทรลเลอร์ ซึ่งสามารถแทนที่ด้วยสมาร์ทโฟนได้ (เครดิต: แอนดรูว์ บรอดเฮด)

มีระบบระดับห้องปฏิบัติการที่สามารถประมาณค่าพลังงานของบุคคลได้อย่างแม่นยำ การเผาไหม้ ระหว่างการออกกำลังกายโดยการวัดอัตราการแลกเปลี่ยนคาร์บอนไดออกไซด์และออกซิเจนในลมหายใจ การตั้งค่าดังกล่าวใช้เพื่อประเมินสุขภาพและประสิทธิภาพการกีฬา แต่เกี่ยวข้องกับอุปกรณ์ที่เทอะทะและไม่สะดวกและอาจมีราคาแพง

ระบบที่สวมใส่ได้ใหม่ต้องใช้เซ็นเซอร์ขนาดเล็กสองตัวที่ขาเท่านั้น แบตเตอรี่และไมโครคอนโทรลเลอร์แบบพกพา (คอมพิวเตอร์ขนาดเล็ก) และมีราคาประมาณ 100 เหรียญสหรัฐฯ รายการของ ส่วนประกอบ และ รหัส เพื่อให้ทั้งระบบใช้ได้

ผู้เขียนร่วม Scott Delp ศาสตราจารย์ใน School of Engineering กล่าวว่า "นี่เป็นความก้าวหน้าครั้งใหญ่เพราะจนถึงตอนนี้ต้องใช้เวลาสองถึงหกนาทีและหน้ากากป้องกันแก๊สพิษเพื่อประเมินปริมาณพลังงานที่ร่างกายเผาผลาญได้อย่างแม่นยำ" “ด้วยเครื่องมือใหม่ของ Patrick เราสามารถประเมินได้ว่าพลังงานที่เผาผลาญไปในแต่ละก้าวเป็นอย่างไร ในขณะที่นักกีฬาโอลิมปิกแข่งกันเข้าเส้นชัย เพื่อดูว่าสิ่งใดเป็นตัวขับเคลื่อนประสิทธิภาพสูงสุดของพวกเขา นอกจากนี้เรายังสามารถคำนวณพลังงานที่ใช้โดยผู้ป่วยที่ฟื้นตัวจากการผ่าตัดหัวใจเพื่อจัดการการออกกำลังกายได้ดีขึ้น”

ขาไม่ใช่ข้อมือ

วิธีที่ผู้คนเผาผลาญแคลอรีนั้นซับซ้อน แต่นักวิจัยมีลางสังหรณ์ว่าเซ็นเซอร์ที่ขาจะเป็นวิธีง่ายๆ ในการทำความเข้าใจกระบวนการนี้

“ปัญหาของนาฬิกาสมาร์ทวอทช์แบบดั้งเดิมคือ พวกเขาได้ข้อมูลจากการเคลื่อนไหวของข้อมือและอัตราการเต้นของหัวใจเท่านั้น” ผู้เขียนร่วม Mykel Kochenderfer รองศาสตราจารย์ด้านวิชาการบินและอวกาศกล่าว “ความจริงที่ว่าอุปกรณ์ของ Patrick มีอัตราความผิดพลาดที่ต่ำกว่านั้นก็สมเหตุสมผล เพราะอุปกรณ์ตรวจจับการเคลื่อนไหวของขาของคุณและพลังงานส่วนใหญ่ของคุณถูกใช้ไปกับขาของคุณ”

ระบบมีความเรียบง่ายโดยเจตนา ประกอบด้วยเซ็นเซอร์ขนาดเล็กสองตัว—ตัวหนึ่งที่ต้นขาและอีกตัวที่ขาข้างหนึ่ง—ซึ่งควบคุมโดยไมโครคอนโทรลเลอร์ที่สะโพก ซึ่งสามารถแทนที่ด้วยสมาร์ทโฟนได้อย่างง่ายดาย เซ็นเซอร์เหล่านี้เรียกว่า "หน่วยวัดเฉื่อย" และวัดความเร่งและการหมุนของขาขณะเคลื่อนที่ น้ำหนักเบา พกพาสะดวก และราคาถูก เพื่อให้สามารถประกอบเข้ากับรูปแบบต่างๆ ได้ง่าย รวมถึงเสื้อผ้า เช่น กางเกงอัจฉริยะ.

เพื่อทดสอบระบบกับเทคโนโลยีที่คล้ายคลึงกัน นักวิจัยได้ให้ผู้เข้าร่วมการศึกษาสวมใส่ในขณะที่ยังสวมนาฬิกาอัจฉริยะสองตัวและเครื่องวัดอัตราการเต้นของหัวใจ เมื่อติดตั้งเซ็นเซอร์เหล่านี้แล้ว ผู้เข้าร่วมจะทำกิจกรรมต่างๆ ได้หลากหลาย รวมถึงความเร็วในการเดิน วิ่ง ปั่นจักรยาน ขึ้นบันได และการเปลี่ยนผ่านระหว่างการเดินและวิ่ง

เมื่อเปรียบเทียบอุปกรณ์สวมใส่ทั้งหมดกับการวัดการเผาผลาญแคลอรี่ที่บันทึกโดยระบบระดับห้องปฏิบัติการ นักวิจัยพบว่าระบบที่ใช้ขาเป็นหลักนั้นแม่นยำที่สุด

นักวิจัยได้รวบรวมข้อมูลมากมายที่ Slade ใช้เพื่อปรับแต่งโมเดลการเรียนรู้ของเครื่องที่คำนวณค่าประมาณการเผาผลาญแคลอรี่โดยการทดสอบระบบเพิ่มเติมกับผู้เข้าร่วมมากกว่าโหลในช่วงอายุและน้ำหนัก

ตัวแบบใช้ข้อมูลเกี่ยวกับการเคลื่อนไหวของขาจากเซ็นเซอร์และการคำนวณ โดยใช้สิ่งที่ได้เรียนรู้จากข้อมูลก่อนหน้านี้ พลังงานที่ผู้ใช้เผาผลาญในแต่ละช่วงเวลา และในขณะที่ระบบที่ล้ำสมัยในปัจจุบันต้องการข้อมูลประมาณหกนาทีจากบุคคลที่เชื่อมต่อกับหน้ากากในห้องแล็บ ทางเลือกช่วงอิสระนี้สามารถทำงานได้โดยใช้เวลาเพียงไม่กี่วินาที

“หลายขั้นตอนที่คุณทำทุกวันเกิดขึ้นในเวลาสั้น ๆ 20 วินาทีหรือน้อยกว่า” สเลดผู้ซึ่งกล่าวถึงการทำงานบ้านเป็นตัวอย่างหนึ่งของกิจกรรมระยะสั้นที่มักถูกมองข้ามกล่าว "ความสามารถในการจับภาพกิจกรรมสั้น ๆ หรือการเปลี่ยนแปลงแบบไดนามิกระหว่างกิจกรรมเป็นสิ่งที่ท้าทายจริงๆ และไม่มีระบบอื่นใดที่สามารถทำได้ในขณะนี้"

การนับแคลอรี่แบบโอเพ่นซอร์ส

ความเรียบง่ายและความสามารถในการจ่ายได้เป็นสิ่งสำคัญสำหรับทีมนี้ เช่นเดียวกับการทำให้การออกแบบพร้อมใช้งานอย่างเปิดเผย เพราะพวกเขาหวังว่าเทคโนโลยีนี้จะสนับสนุนผู้คนในการทำความเข้าใจและดูแลสุขภาพของพวกเขา

“เรากำลังโอเพ่นซอร์สทุกอย่างด้วยความหวังว่าผู้คนจะใช้มันและใช้งาน และสร้างผลิตภัณฑ์ที่สามารถปรับปรุงชีวิตของประชาชนได้” Kochenderfer กล่าว

พวกเขายังเชื่อด้วยว่าความเรียบง่าย ความสามารถในการจ่ายได้ และการเคลื่อนย้ายของระบบนี้สามารถสนับสนุนนโยบายด้านสุขภาพที่ดีขึ้นและหนทางใหม่ๆ สำหรับการวิจัยเกี่ยวกับประสิทธิภาพของมนุษย์ กลุ่มวิจัยที่นำโดยสตีฟ คอลลินส์ รองศาสตราจารย์ด้านวิศวกรรมเครื่องกลและผู้เขียนอาวุโสของบทความนี้ กำลังใช้ระบบที่คล้ายคลึงกันนี้เพื่อศึกษาพลังงานที่ใช้ไปกับระบบหุ่นยนต์แบบสวมใส่ได้ซึ่งช่วยเพิ่มประสิทธิภาพการทำงาน

“สิ่งที่น่าตื่นเต้นที่สุดอย่างหนึ่งคือเราสามารถติดตามกิจกรรมที่เปลี่ยนแปลงแบบไดนามิกได้ และข้อมูลที่แม่นยำนี้จะช่วยให้เราจัดทำนโยบายที่ดีขึ้นเพื่อแนะนำวิธีที่ผู้คนควรออกกำลังกายหรือจัดการน้ำหนักของพวกเขา” สเลดกล่าว

"เป็นการเปิดการศึกษาวิจัยชุดใหม่ทั้งหมดที่เราสามารถทำได้เกี่ยวกับประสิทธิภาพของมนุษย์" Delp ซึ่งเป็นศาสตราจารย์ด้านวิศวกรรมชีวภาพและวิศวกรรมเครื่องกลกล่าว “คุณเผาผลาญพลังงานได้มากเพียงใดเมื่อคุณเดิน เมื่อคุณวิ่ง เมื่อคุณออกแรงขี่จักรยาน—สิ่งเหล่านั้นล้วนเป็นพื้นฐาน เมื่อเรามีเครื่องมือใหม่เช่นนี้ มันจะเปิดประตูใหม่ให้ค้นพบสิ่งใหม่ๆ เกี่ยวกับประสิทธิภาพของมนุษย์”

มูลนิธิวิทยาศาสตร์แห่งชาติ สถาบันสุขภาพแห่งชาติ และทุนบัณฑิตวิทยาลัยสแตนฟอร์ดให้ทุนสนับสนุนงานนี้

ที่มา: มหาวิทยาลัย Stanford

เกี่ยวกับผู้เขียน

บทความนี้ แต่เดิมปรากฏบนอนาคต