Как часы и фитнес-браслеты измеряют столько показателей

Шаги, пульс, сон, потраченные калории, уровень кислорода в крови — небольшой браслет на запястье способен собирать удивительно много информации. При этом внутри него нет отдельного датчика для каждого показателя.

Секрет в сочетании нескольких сенсоров и программных алгоритмов. Одни данные устройство получает непосредственно, а другие рассчитывает, сопоставляя сразу несколько измерений.

Как браслет считает шаги

За движение отвечают акселерометр и, в некоторых устройствах, гироскоп. Они фиксируют ускорение, направление и изменение положения руки.

Во время ходьбы движения повторяются определенным образом. Алгоритм распознает характерный рисунок и засчитывает шаги. По этой причине счетчик иногда ошибается: необычные движения рукой могут быть приняты за ходьбу, а некоторые настоящие шаги, наоборот, остаться незамеченными.

Эти же датчики помогают определять тренировки и периоды активности.

Почему на обратной стороне мигает зеленый свет

Так работает оптический датчик пульса. Светодиоды направляют свет на кожу, а чувствительные элементы отслеживают, сколько света отражается обратно.

Объем крови в сосудах немного меняется с каждым ударом сердца, а вместе с ним меняется и количество поглощенного света. Анализируя эти колебания, устройство рассчитывает частоту пульса. Именно такой принцип используется, например, в современных умных часах.

Плотность прилегания браслета, движение руки и другие условия могут влиять на точность измерения.

Как измеряется кислород в крови

В устройствах с такой функцией используется похожий оптический принцип, но задействуются световые волны разных диапазонов. По тому, как кровь поглощает свет, устройство оценивает насыщение крови кислородом.

При этом функция доступна далеко не на каждом браслете или часах, а возможности отдельных моделей могут различаться в зависимости от региона. Носимые устройства также не стоит автоматически воспринимать как замену медицинскому оборудованию.

Откуда часы знают, что человек спит

Специального «датчика сна» обычно нет. Устройство анализирует сразу несколько сигналов: движения руки, пульс и другие доступные показатели.

Если человек долго остается практически неподвижным, а данные соответствуют характерному для сна состоянию, алгоритм определяет начало и продолжительность сна. Более функциональные модели пытаются оценивать и его стадии.

Но это именно расчет. Часы не наблюдают за работой мозга так, как оборудование при полноценном исследовании сна, поэтому результаты стоит воспринимать как ориентировочные.

А как считаются калории?

Здесь особенно хорошо заметна работа алгоритмов. Браслет не может непосредственно увидеть, сколько энергии потратил организм.

Он делает оценку на основе имеющихся данных: активности, пульса, продолжительности тренировки и сведений о пользователе, например возраста, роста и массы тела. Поэтому число потраченных калорий на экране — расчетное значение, а не прямое измерение.

Почему показателей становится все больше

Производителям необязательно каждый раз добавлять новый физический сенсор. Иногда новый показатель удается получить благодаря более сложной обработке информации, которую устройство уже собирает.

Современные часы также могут содержать датчики температуры, высоты, освещенности и другие сенсоры, а отдельные модели оснащаются электродами для регистрации электрических сигналов сердца.

Получается небольшая система наблюдения: датчики собирают отдельные сигналы, а программа объединяет их и ищет закономерности.

Именно поэтому фитнес-браслет способен показывать гораздо больше данных, чем кажется по количеству сенсоров внутри. Важно лишь различать прямое измерение и программную оценку. Пульс, движения или температуру устройство может регистрировать датчиками, а сон, расход калорий и многие другие показатели уже рассчитываются на основе этих данных.