'N Stelsel wat met twee goedkoop sensors gemaak is, is akkurater as slimhorlosies om kalorieë wat tydens aktiwiteit verbrand word, op te spoor, berig navorsers
En die instruksies vir die maak van die stelsel self is gratis aanlyn beskikbaar.
Terwyl slimhorlosies en slimfone gewoonlik met ongeveer 40 tot 80% af is wanneer dit gaan om die kalorieë wat tydens 'n aktiwiteit verbrand word, tel, is hierdie fout gemiddeld 13%.
"Ons het 'n kompakte stelsel gebou wat ons saam met 'n uiteenlopende groep deelnemers geëvalueer het om die Amerikaanse bevolking te verteenwoordig en gevind dat dit baie goed vaar, met ongeveer een derde die fout van slimhorlosies," sê Patrick Slade, 'n student in meganiese ingenieurswese aan Stanford Universiteit wat hoofskrywer is van 'n referaat oor die werk in Nature Kommunikasie.
'N Belangrike deel van hierdie navorsing was die begrip van 'n basiese tekortkoming aan ander draagbare items wat kalorieë tel: hulle vertrou op polsbeweging of hartklop, alhoewel nie een van die twee 'n aanduiding is van energieverbruik nie. (Dink aan hoe 'n koppie koffie die hartslag kan verhoog.) Die navorsers vermoed dat beenbeweging meer veelseggend sou wees - en hul eksperimente het die idee bevestig.
Hierdie nuwe metingstelsel bevat twee sensors op die bobeen en skenkel wat aangedryf word deur 'n battery en beheer word deur 'n mikrobeheerder, wat deur 'n slimfoon vervang kan word. (Krediet: Andrew Brodhead)
Daar is laboratoriumgraadstelsels wat akkuraat kan skat hoeveel energie 'n persoon het brandwonde tydens fisiese aktiwiteit deur die wisselkoers van koolstofdioksied en suurstof in asem te meet. Sulke opstellings word gebruik om gesondheids- en atletiese prestasies te beoordeel, maar dit bevat groot, ongemaklike toerusting en kan duur wees.
Die nuwe draagbare stelsel benodig net twee klein sensore aan die been, 'n battery en 'n draagbare mikrobeheerder ('n klein rekenaar), en dit kos ongeveer $ 100 om dit te maak. Die lys van komponente en kode vir die maak van die stelsel is albei beskikbaar.
"Dit is 'n groot vooruitgang, want dit neem tot nou toe twee tot ses minute en 'n gasmasker om akkuraat te skat hoeveel energie iemand verbrand," sê mede-outeur Scott Delp, professor aan die Ingenieurswese. “Met Patrick se nuwe instrument kan ons skat hoeveel energie elke keer verbrand word as 'n Olimpiese atleet na die wenstreep jaag om 'n mate te kry van wat hul topprestasie aanvuur. Ons kan ook die energie spandeer wat 'n pasiënt spandeer wat herstel na 'n hartchirurgie, om sy oefening beter te bestuur. '
Bene, nie polse nie
Hoe mense kalorieë verbrand, is ingewikkeld, maar die navorsers het die idee gehad dat sensors op die bene 'n eenvoudige manier sou wees om insig in hierdie proses te kry.
"'N Kwessie met tradisionele slimhorlosies is dat hulle slegs inligting kry oor die beweging van u pols en hartklop," sê mede-outeur Mykel Kochenderfer, medeprofessor in lugvaart en ruimtevaart. "Die feit dat Patrick se toestel 'n laer foutsyfer het, is sinvol omdat dit beweging van u bene opspoor en die meeste van u energie deur u bene bestee word."
Die stelsel is doelbewus eenvoudig. Dit bestaan uit twee klein sensors - een aan die bobeen en een aan die skenkel van een been - wat deur 'n mikrobeheerder op die heup bestuur word, wat maklik deur 'n slimfoon vervang kan word. Hierdie sensors word 'traagheidseenhede' genoem en meet die versnelling en rotasie van die been terwyl dit beweeg. Hulle is doelbewus liggewig, draagbaar en goedkoop, sodat hulle maklik in verskillende vorme geïntegreer kan word, insluitend klere, soos slim broek.
Om die stelsel aan soortgelyke tegnologieë te toets, het die navorsers deelnemers aan die studie gedra terwyl hulle ook twee slimhorlosies en 'n hartklopmonitor gedra het. Met al hierdie sensors aangeheg, het deelnemers 'n verskeidenheid aktiwiteite uitgevoer, insluitend verskillende snelhede, loop, fietsry, trapklim en die oorgang tussen loop en hardloop.
Toe al die draagbare materiaal vergelyk word met die kalorieverbrandingsmetings wat deur 'n laboratoriumgraadstelsel vasgelê is, het die navorsers bevind dat hul beenstelsel die akkuraatste was.
Deur die stelsel verder te toets op meer as 'n dosyn deelnemers oor 'n verskeidenheid ouderdomme en gewigte, het die navorsers 'n magdom data versamel wat Slade gebruik het om die masjienleermodel wat die berekeninge van die verbranding van kalorieë bereken, verder te verfyn.
Die model neem die inligting oor die beenbeweging van die sensors in en bereken - met behulp van wat dit uit vorige data geleer het - hoeveel energie die gebruiker op elke oomblik verbrand. En hoewel die huidige moderne stelsels ongeveer ses minute data benodig van 'n persoon wat in 'n laboratorium aan 'n masker gekoppel is, kan hierdie vrylopende alternatief slegs met sekondes aktiwiteit funksioneer.
'Baie van die stappe wat u elke dag neem, vind plaas in 'n kort periode van 20 sekondes of minder,' sê Slade, wat die take verrig as een voorbeeld van 'n kortbars-aktiwiteit wat dikwels oor die hoof gesien word. "Om hierdie kort aktiwiteite of dinamiese veranderinge tussen aktiwiteite vas te lê, is regtig 'n uitdaging en geen ander stelsel kan dit tans doen nie."
Open source kalorieë tel
Eenheid en bekostigbaarheid was vir hierdie span belangrik, asook die beskikbaarstelling van die ontwerp, omdat hulle hoop dat hierdie tegnologie mense kan help om hul gesondheid te verstaan en om te sien.
"Ons koop alles op die openbaar in die hoop dat mense dit sal neem en daarmee saamloop en produkte maak wat die lewens van die publiek kan verbeter," sê Kochenderfer.
Hulle glo ook dat die eenvoud, bekostigbaarheid en oordraagbaarheid van hierdie stelsel beter gesondheidsbeleid en nuwe moontlikhede vir navorsing in menslike prestasies kan ondersteun. Die navorsingsgroep onder leiding van Steve Collins, medeprofessor in meganiese ingenieurswese en senior outeur van hierdie artikel, gebruik al 'n soortgelyke stelsel om die energie wat bestee word aan draagbare robotstelsels te bestudeer wat die prestasie verbeter.
"Een van die opwindendste dinge is dat ons dinamies veranderende aktiwiteite kan opspoor, en deur hierdie presiese inligting kan ons beter beleid voorsien om aan te beveel hoe mense hul gewig moet oefen of bestuur," sê Slade.
"Dit open 'n hele nuwe reeks navorsingstudies wat ons kan doen oor menslike prestasies," sê Delp, wat ook 'n professor in bio-ingenieurswese en meganiese ingenieurswese is. 'Hoeveel energie jy verbrand as jy loop, as jy hardloop, as jy jouself op 'n fiets inspan - al die dinge is van fundamentele belang. As ons so 'n nuwe instrument het, maak dit 'n nuwe deur om nuwe dinge oor menslike prestasies te ontdek. "
Die National Science Foundation, die National Institutes of Health en 'n Stanford Graduate Fellowship het die werk befonds.
Bron: Stanford Universiteit
Oor Die Skrywer
