研究人員報告稱，由兩個廉價傳感器製成的系統在跟踪活動期間消耗的卡路里方面比智能手錶更準確
自己製作系統的說明可在線免費獲得。
雖然智能手錶和智能手機在計算活動期間消耗的卡路里時往往會降低約 40% 到 80%，但該系統的平均誤差為 13%。
斯坦福大學機械工程研究生帕特里克·斯萊德 (Patrick Slade) 表示：“我們構建了一個緊湊型系統，並與代表美國人口的不同參與者進行了評估，發現它的表現非常好，誤差只有智能手錶的三分之一左右。”大學是有關工作的論文的主要作者 自然通信.
這項研究的一個關鍵部分是了解其他計算卡路里的可穿戴設備的基本缺點：它們依賴於手腕運動或心率，儘管兩者都不是特別指示能量消耗。 （考慮一杯咖啡如何提高心率。）研究人員假設腿部運動會更有說服力——他們的實驗證實了這一想法。
這種新的測量系統在大腿和小腿上有兩個傳感器，它們由電池供電並由微控制器控制，可以用智能手機代替。 （信用：安德魯布羅德黑德）
有實驗室級系統可以準確估計一個人的能量 燒傷 在身體活動期間，通過測量呼吸中二氧化碳和氧氣的交換率。 這種設置用於評估健康和運動表現，但它們涉及笨重、不舒服的設備，並且可能很昂貴。
新的可穿戴系統只需要腿上的兩個小型傳感器、電池和便攜式微控制器（小型計算機），製造成本約為 100 美元。 名單 組件 和 碼 使系統都可用。
“這是一個很大的進步，因為到目前為止，需要兩到六分鐘和一個防毒面具才能準確估計一個人燃燒的能量，”共同作者，工程學院教授斯科特德爾普說。 “借助帕特里克的新工具，我們可以估算出奧運運動員在沖向終點線時每走一步所消耗的能量，從而衡量是什麼推動了他們的最佳表現。 我們還可以計算從心臟手術中恢復的患者所消耗的能量，以更好地管理他們的運動。”
腿，而不是手腕
人們如何燃燒卡路里很複雜，但研究人員有一種預感，腿上的傳感器將是深入了解這一過程的簡單方法。
“傳統智能手錶的一個問題是它們只能從你手腕的運動和心率中獲取信息，”共同作者、航空航天學副教授 Mykel Kochenderfer 說。 “Patrick 的設備具有較低的錯誤率這一事實是有道理的，因為它可以檢測您腿部的運動，而您的大部分能量都被腿部消耗了。”
該系統有意簡單。 它由兩個小傳感器組成——一個在大腿上，一個在一條腿的小腿上——由臀部上的微控制器運行，可以很容易地被智能手機取代。 這些傳感器被稱為“慣性測量單元”，可測量腿在移動時的加速度和旋轉。 它們特意輕巧、便攜且成本低，因此它們可以輕鬆集成到不同的形式中，包括服裝，例如 智能褲.
為了針對類似技術測試該系統，研究人員讓研究參與者佩戴它，同時還佩戴兩個智能手錶和一個心率監測器。 連接所有這些傳感器後，參與者可以進行各種活動，包括步行、跑步、騎自行車、爬樓梯以及在步行和跑步之間轉換的各種速度。
當所有可穿戴設備與實驗室級系統捕獲的卡路里燃燒測量值進行比較時，研究人員發現他們的基於腿部的系統是最準確的。
通過在不同年齡和體重範圍的十多名參與者身上進一步測試該系統，研究人員收集了大量數據，斯萊德用這些數據來進一步完善計算卡路里燃燒估計值的機器學習模型。
該模型從傳感器獲取有關腿部運動的信息，並使用從之前的數據中學到的知識來計算用戶在每個時刻消耗的能量。 而且，雖然當前最先進的系統需要在實驗室環境中連接到面罩的人提供大約 XNUMX 分鐘的數據，但這種自由范圍的替代方案只需幾秒鐘的活動即可運行。
“你每天採取的許多步驟都是在 20 秒或更短的時間內完成的，”斯萊德說，他提到做家務是經常被忽視的短時間活動的一個例子。 “能夠捕捉這些簡短的活動或活動之間的動態變化真的很有挑戰性，目前沒有其他系統可以做到這一點。”
開源卡路里計數
對這個團隊來說，簡單性和可負擔性很重要，公開設計也很重要，因為他們希望這項技術可以支持人們理解和照顧他們的健康。
Kochenderfer 說：“我們正在開源一切，希望人們能夠接受它並運行它並製造可以改善公眾生活的產品。”
他們還相信，該系統的簡單性、可負擔性和便攜性可以支持更好的健康政策和人類表現研究的新途徑。 由機械工程副教授、本文資深作者史蒂夫柯林斯領導的研究小組已經在使用類似的系統來研究可穿戴機器人系統消耗的能量，這些系統可以提高性能。
“最令人興奮的事情之一是我們可以跟踪動態變化的活動，這些精確的信息將使我們能夠提供更好的政策來推薦人們應該如何鍛煉或控制體重，”斯萊德說。
“它開啟了我們可以對人類表現進行的全新研究，”同時兼任生物工程和機械工程教授的德爾普說。 “當你走路、跑步、騎自行車時，你燃燒了多少能量——所有這些都是基本的。 當我們擁有這樣的新工具時，它為發現有關人類表現的新事物打開了一扇新的大門。”
美國國家科學基金會、美國國立衛生研究院和斯坦福大學研究生獎學金資助了這項工作。
資源： 斯坦福大學
關於作者
