Jeśli wiesz, jakiego gadżetu do noszenia potrzebujesz, to dzięki naszemu katalogowi z doborem według parametrów możesz na przykład filtrować aktualną ofertę pod względem określonych czujników. Polecamy także zapoznanie się z materiałem „Jak wybrać smartwatch i smartband: podstawowe kryteria i przydatne wskazówki”.

Na początek warto ustalić, które czujniki występują w nowoczesnych urządzeniach do noszenia. Wszystko jest tu bardzo indywidualne, bo poszczególni producenci uwielbiają eksperymenty (lub marketing – promowanie już znanych funkcji w postaci know-how). Dlatego warto wymienić najpopularniejsze i najczęściej spotykane:

O tym, jak działa większość z nich, a także o tym, jak smartwatche i smartbandy „zdradzają” inne wskaźniki naszego organizmu - jakość snu, poziom stresu, spożycie kalorii itp. - porozmawiamy bardziej szczegółowo.

Wiele czujników ukryto wewnątrz obudowy, ale niektóre z nich są wyraźnie widoczne.

W jaki sposób smartwatche i smartbandy liczą kroki?

Obecnie obowiązkowym elementem prawie każdego inteligentnego gadżetu do noszenia jest krokomierz. Jest tak nawet w modelach dziecięcych, jak Garmin Vivofit JR 3. Za zliczanie kroków odpowiada akcelerometr, określający przyspieszenie gadżetu i jego ruch w przestrzeni. Wcześniej były to urządzenia z obciążnikiem i sprężynką, dziś jednak są to miniaturowe chipy z zestawem przewodników.

Łatwiej jest zrozumieć, jak czujnik działa na urządzeniu mechanicznym, choć ogólne zasady pozostają takie same również dla współczesnej elektroniki. Podczas przyspieszania, czyli na początku ruchu (czy to machnięcie ręką podczas chodzenia, czy skręt ciała) sprężyna jest ściskana lub rozciągana pod wpływem przeciwwagi. Jeśli weźmiemy trzy takie urządzenia, to można ocenić ruchy pod względem wysokości, długości i szerokości. Akcelerometr znajduje się obecnie w wielu urządzeniach mobilnych, w tym w smartfonach i tabletach, gdzie odpowiada przede wszystkim za orientację obrazu na ekranie.

Często również w gadżetach do noszenia jest obecny żyroskop, poprawiający dokładność liczenia kroków. Czujnik ten uwzględnia ruchy przestrzenne urządzenia (w trzech osiach), w tym różne obroty dłoni. Połączenie akcelerometru i żyroskopu jest w stanie zminimalizować liczbę fałszywych alarmów, na przykład gdy osoba aktywnie gestykuluje lub miesza owsiankę w garnku. Te dwa czujniki mogą na przykład wykryć upadek osoby i wysłać sygnał SOS.

Liczenie kroków to jedna z podstawowych funkcji smartwatcha.

Ponieważ zegarek nosi się na nadgarstku, trudno jest uzyskać 100% dokładną liczbę wykonanych kroków. Czujniki mogą dodać dodatkowe kroki podczas jazdy samochodem (w tym na nierównych drogach – podczas wstrząsów), podczas golenia lub brania prysznica. Potrafią też coś przeoczyć – kiedy użytkownik idzie bardzo powoli lub spaceruje z wózkiem dziecięcym, gdy ręka pozostaje praktycznie nieruchoma.

Popularne inteligentne zegarki (smart watch)

W jaki sposób smartwatche i smartbandy mierzą tętno?

Mierzyć tętno w gadżetach na nadgarstku pomaga pulsometr wykorzystujący technologię fotopletyzmografii. Nazywa się go także czujnikiem optycznym, gdyż zasady jego działania różnią się od klasycznych czujników tętna.

Załóżmy, że piersiowy czujnik tętna ma elektrody, które odczytują impulsy przy każdym skurczu mięśnia sercowego. Otrzymane dane są następnie przesyłane do kompatybilnego urządzenia (na przykład smartfona).

Inaczej działa czujnik optyczny: oświetla skórę nadgarstka, która przechodzi przez tkankę (do naczyń), a następnie fotokomórka wychwytuje odbity przepływ. Chodzi o to, że przy każdym skurczu serca nasyca się przepływ krwi, innymi słowy, naczynia stają się bardziej wypełnione i czerwone. W czujnikach optycznych zastosowano zielone diody, które maksymalnie kontrastują z krwią, co oznacza, że są doskonale wchłaniane. Każda zmiana poziomu odbicia światła od naczyń jest rejestrowana przez fotokomórkę, co pozwala określić tętno.

Kiedy dana osoba odpoczywa, czujnik tętna na nadgarstku działa z minimalnymi błędami. Podczas chodzenia i różnych aktywności fizycznych błędy się zwiększają. Ale ogólnie rzecz biorąc, do codziennego użytku i sportów amatorskich (z wyjątkiem obciążeń o dużej intensywności) dane z czujnika optycznego są wystarczające. Złe zamocowanie smartwatcha lub smartbanda na nadgarstku, opalenizna, tatuaże, zabrudzenia na skórze – wszystkie te czynniki mogą powodować błędy w obliczeniach.

Obliczanie tętna zapewnia pulsometr optyczny.

Zatem zielone, migające diody LED z tyłu smartwatcha lub smartbanda są efektem działania fotopletyzmografii, czyli czujnika optycznego. Swoją drogą, jeśli wcześniej gadżety do noszenia mierzyły tętno non-stop tylko podczas treningu, dziś większość modeli domyślnie zapewnia całodobowy monitoring tętna (z możliwością wyłączenia przez użytkownika).

Smartwatche i smartbandy z czujnikiem tętna

W jaki sposób smartwatche i smartbandy określają poziom nasycenia krwi tlenem?

Za określenie poziomu nasycenia krwi tlenem w gadżetach do noszenia odpowiada pulsoksymetr, zwany także czujnikiem SpO2. Zasada jego działania jest bardzo podobna do pulsometru optycznego. Istnieje również emiter światła i fotodetektor, który wychwytuje odbity strumień. Tylko w tym przypadku nie jest on zielony, lecz czerwony.

Notabene, czerwone diody są stosowane w profesjonalnym sprzęcie medycznym do pomiaru tętna, ale są one maksymalnie dokładne tylko w stanie spoczynku. Dlatego smartwatch do pomiaru tętna wykorzystuje zielone elementy, a przy określaniu poziomu nasycenia krwi tlenem użytkownik zwykle musi stać. Światło odbite od tętnicy trafia do fotodetektora, dostarczając niezbędnych danych do analizy. Jednocześnie sam wskaźnik nasycenia w procentach jest obliczany przez oprogramowanie (czyli algorytm jest nieco bardziej skomplikowany niż podczas mierzenia tetna).

Ogólnie rzecz biorąc, podobną zasadę działania mają pulsoksymetry napalcowe, dzięki czemu właściciele smartwatchy i smartbandów mogą polegać na akceptowalnej dokładności w analizie nasycenia krwi tlenem. Ale nadal nie wyklucza się błędów, a gadżety do noszenia nie są wyrobami medycznymi. Wynik pomiaru SpO2 może być zniekształcony w górę lub w dół w wyniku słabego zamocowania paska na nadgarstku lub zmarznięcia (zwykle kończyny marzną jako pierwsze).

Po pandemii koronowirusa smartwatchom dodano pulsoksymetr.

Czerwona migająca dioda LED z tyłu zegarka sygnalizuje funkcję pulsoksymetrii. Może być wykonywana na żądanie lub w trybie ciągłego monitorowania. W tym drugim przypadku smartwatch rozpoczyna proces pomiaru zgodnie ze swoimi algorytmami, np. podczas snu. Funkcja ta poszerza ogólny zakres analizowanych danych o aktywności i stanie zdrowia użytkownika.

W jaki sposób smartwatche i smartbandy określają lokalizację?

Do nawigacji może służyć zarówno własny moduł GPS, jak i odpowiedni odbiornik smartfona. W tym drugim przypadku na dokładne informacje dotyczące trasy i dystansu wyścigu można liczyć dopiero wtedy, gdy na trening zabrano także telefon komórkowy. Większość smartwatchy i smartbandów z wyższej półki cenowej ma własny moduł GPS.

W rzeczywistości nie jest to czujnik, ale odbiornik sygnałów z satelitów. Na tym opiera się praca globalnego systemu pozycjonowania. Aby określić dokładne współrzędne użytkownika (jego smartwatcha lub smartbanda), musisz uzyskać informacje z co najmniej czterech satelitów. Ale im więcej ich jest (zwykle maksymalnie to 12), tym większa dokładność określania współrzędnych.

Opcje nawigacji nie ograniczają się do geolokalizacji, ale obejmują dostęp do alternatywnych systemów satelitarnych, prowadzenie po trasie czy bezpośrednie wyświetlanie map na ekranie zegarka. Moduł może również uzupełniać się o funkcję aGPS, która przyspiesza wyszukiwanie satelitów.

GPS w smartwatchach działa identycznie jak w innych nowoczesnych gadżetach.

Korzystanie z GPS poprawia dokładność danych treningowych, w tym o przebytym dystansie i prędkości, wysokości i innych. Jednocześnie błędy bezpośrednio w samym geopozycjonowaniu mogą sięgać kilkudziesięciu metrów. Ale do celów sportowych nie jest to duży problem.

Osobno o dokładności głównych czujników

Powyższe cztery czujniki można uznać za główny zestaw nowoczesnych smartwatchy. Dokładność ich pracy zależy bezpośrednio nie tylko od producenta (i jego reputacji), ale od działań właściciela. Jeśli postawisz sobie za cel „oszukanie” gadżetu, zrobienie tego nie będzie takie trudne.

Najczęściej, aby poprawić dokładność wyników wskaźników zdrowia i aktywności, zaleca się odpowiednie zamocowanie urządzenia na nadgarstku (ciasno, ale tak, aby pasek nie uciskał skóry), regularne mycie nadgarstka i wycieranie obudowy gadżetu. Ponieważ puls i nasycenie krwi tlenem mierzone są za pomocą czujników optycznych, należy pamiętać, że na krążenie krwi bezpośrednio wpływa temperatura powietrza, więc ciepło lub zimno mogą powodować niepożądane korekty.

Ogólnie rzecz biorąc, smartband i smartwatch nie są medycznym urządzeniem diagnostycznym. Możesz ich używać do ogólnego monitorowania stanu zdrowia i treningów, ale nie zastąpią one Ci lekarza.

Smartwatche i smartbandy z GPS

Jakie jeszcze czujniki stosuje się w smartwatchach i smartbandach i jak one działają?

W nowoczesnych gadżetach do noszenia można znaleźć także inne czujniki:

  • Ciśnieniomierz. Do pomiaru ciśnienia krwi stosuje się oddzielny czujnik lub pulsometr optyczny. Odczytywane są dane dotyczące saturacji naczyń, a następnie oprogramowanie je interpretuje. Warto dodać, że końcowe odczyty nie są zbyt dokładne, na tle konwencjonalnego tonometru. Po pierwsze, pomiary na nadgarstku są trudniejsze: tętnice znajdują się blisko skóry. Po drugie, wymagane jest dostosowanie do indywidualnych cech użytkownika, na przykład wieku. Osiąga się to poprzez wstępną kalibrację z jednoczesnymi pomiarami na smartwatchu i profesjonalnym sprzęcie. Bez tego odchylenia od wartości rzeczywistych będą bardzo duże.
  • Czujnik EKG. Jest to zestaw elektrod przeznaczonych do pomiaru aktywności elektrycznej serca. W konwencjonalnym sprzęcie medycznym jest ich do 10. W inteligentnych zegarkach - nie więcej niż dwa. Przykładowo w Apple Watch jeden znajduje się obok pulsometru, a drugi - na Digital Crown. Podobnie sytuacja wygląda w smartwatchach Samsunga. Rezultatem nie jest pełnoprawny elektrokardiogram, a jedynie zebranie danych w jednym odprowadzeniu. Teoretycznie taka diagnoza pomaga zidentyfikować potencjalne problemy, jednak w praktyce może dojść do wielu fałszywych wyników i błędnych wizyt u lekarza.
Dane EKG ze smartwatchy nie są zbyt dokładne. Przynajmniej na razie.
  • Termometr. Jest to czujnik temperatury, określa odpowiednie wskaźniki na powierzchni skóry w okolicy nadgarstka. Jest mało prawdopodobne, aby wykrywał niewielkie podwyższenia temperatury, ale silną gorączkę na pewno zasygnalizuje. Podobny czujnik może się też znajdować z dala od skóry – bliżej tarczy lub ramki. Służy wówczas do pomiaru temperatury otoczenia. Może przydać się np. na wycieczce.
  • Czujnik geomagnetyczny (lub prościej kompas). Jest to przede wszystkim chip cyfrowy, który wskazuje kierunek świata. Przydatny w warunkach taktycznych i terenowych, gdy nie ma GPS lub zła pogoda utrudnia znalezienie satelitów.
  • Wysokościomierz i barometr. Pierwszy czujnik mierzy wysokość lub różnicę pomiędzy kilkoma punktami. Drugi pozwala określić ciśnienie atmosferyczne. Barometr w połączeniu z wysokościomierzem poprawia dokładność pomiarów wysokości. Można go również wykorzystać do oceny wskaźników pogodowych.
  • Czujnik światła. Zwykle używany do automatycznej regulacji jasności tarczy zegarka.
Połączenie wysokościomierza i barometru zapewni dokładne dane o wysokości, co jest ważne podczas biegania i nie tylko.

Dość rzadkim czujnikiem jest BIA - analiza impedancji bioelektrycznej. Służy do określenia procentowej zawartości tłuszczu, ilości mięśni, masy kostnej itp. na podstawie oceny oporu tkanek. Coś podobnego wykonuje na przykład diagnostyczna waga podłogowa. Zawiera ona co najmniej 4 czujniki, a smartwatch tylko jeden. Ogólna dokładność pomiaru jest wątpliwa nawet w przypadku wagi, nie mówiąc już o urządzeniach do noszenia.

Bardzo obiecująco wygląda wprowadzenie do smartwatchy i smartbandów glukometru. Takie niezależne urządzenia są w stanie określić poziom cukru i są bardzo przydatne dla diabetyków. Główną wadą jest to, że wymagają pobrania krwi. Tymczasem okresowo mówi się o nieinwazyjnych pomiarach w smartwatchach. Coś podobnego zapowiedziano nawet przy premierze Huawei Watch 4 Pro, jednak w rzeczywistości okazało się to jedynie chwytem marketingowym.

Smartwatche i smartbandy z EKG

Ale w jaki sposób oblicza się stres lub zużycie kalorii i analizuje się sen?

Smartwatche i smartbandy dostarczają mnóstwo danych nie bezpośrednio z czujników, ale w oparciu o interpretację ich wskaźników czy rozmaite obliczenia. Można je traktować na różne sposoby.

Na przykład liczenie kalorii jest bardzo względne, zależy nie tylko od aktywności fizycznej. Aktualna kondycja fizyczna, wiek, płeć, waga - wszystko to bezpośrednio wpływa na to, ile organizm potrzebuje energii do funkcjonowania. Dlatego odpowiednie dane z zegarka są obliczeniami opartymi na modelach matematycznych wbudowanych w oprogramowanie. Wskaźnik zużytych kalorii wyświetlany na ekranie zegarka jest względny. Błąd w stosunku do rzeczywistości może wynosić ponad 50%. Ale w każdym razie, nawet pod względem przybliżonych kalorii, możesz porównać dwie swoje aktywności, np. w celu ustalenia, gdzie włożyłeś więcej wysiłku.

Monitorowanie snu opiera się zazwyczaj na działaniu dwóch czujników – akcelerometru i pulsometru. Można tu również zastosować pulsoksymetr (jeśli odpowiednia opcja jest aktywna, nie tylko na żądanie). W fazie głębokiego snu tętno zwalnia, nie ma ruchów ciała, a w fazie szybkiego snu tętno przyspiesza, częstość oddechów jest większa. Ogólnie rzecz biorąc, analityka nocna działa całkiem nieźle, szczególnie jeśli dana osoba nie ma poważnych problemów zdrowotnych. Aby uzyskać ogólne pojęcie o tym, jak dobrze śpisz i regenerujesz się, jest wystarczająco dużo informacji. Bardziej szczegółowe wnioski powinni wyciągnąć somnolodzy.

Dane dotyczące snu na smartwatchu mogą być całkiem przydatne.

Warto także zatrzymać się na dwóch interesujących wskaźnikach. Jeden dotyczy ogólnego stanu zdrowia – poziomu stresu. Drugi to sprawność fizyczna – VO2max, czyli maksymalny pobór tlenu.

Aby sprawdzić poziom stresu, różni producenci gadżetów do noszenia oferują własne metody obliczeniowe. Monitorowanie podobnego wskaźnika umożliwia dziś Samsung, Huawei, Honor, Garmin, Xiaomi, Fitbit. Główne dane do jego obliczenia podaje pulsometr. Podaje samo tętno, a także jego zmienność, czyli różnicę czasu pomiędzy skurczami. Zwykle wykorzystuje się również częstość oddechów (nawiasem mówiąc, jest ona również uzyskiwana z czujnika tętna - wszak podczas wdechu tętno nieznacznie wzrasta, a przy wydechu maleje). Dalej mogą „działać” własne algorytmy różnych producentów. Ostateczne wyniki można łatwo porównać ze względu na dzień, porę dnia itp.: im wyższy wynik, tym bardziej stresujący jest Twój stan.

Wartość VO2max jest także wyliczonym wskaźnikiem odzwierciedlającym aktualny poziom aktywności fizycznej (im wyższa liczba, tym lepiej). Z reguły dane są pobierane nie w spoczynku, ale podczas treningu cardio. Na przykład podczas joggingu porównywane jest tętno i tempo biegu.

Sportowcy muszą monitorować swoje VO2max.

Większość producentów urządzeń do noszenia, w tym Garmin, Suunto, Polar, Apple i Huawei, korzysta z metodologii obliczeń Firstbeat, która dobrze wypadła. Bez błędów maksymalne zużycie tlenu można określić jedynie w laboratorium – za pomocą spiroergometrii. Jest to specjalny test wysiłkowy, który mierzy wentylację i pojemność płuc. Jednak obliczenia VO2max według metodologii Firstbeat zwykle dają minimalne odchylenia od spiroergometrii.

Każda marka może doskonalić systemy analityczne, oferować własne opcje wyświetlania danych, które są wyraźniejsze i wygodniejsze do przeglądania. W związku z tym wybierając inteligentny zegarek, należy zwrócić uwagę nie tylko na bogactwo czujników, ale także na to, jak wysoka jest reputacja producenta i jakie opinie posiada jego aplikacja mobilna. W końcu to oprogramowanie interpretuje dane dotyczące zdrowia i aktywności sportowej.

Popularne smartbandy

Podsumujmy

Owszem, smartwatche i smartbandy nie są precyzyjnymi urządzeniami medycznymi. Ale mogą być naprawdę przydatne dla wielu kategorii użytkowników. Na przykład dla setek tysięcy ludzi zwykły krokomierz jest doskonałą motywacją do utrzymania określonej aktywności fizycznej i to już zasługuje na uznanie.

Smartwatch, choć nie jest medycznym, lecz popularnym gadżetem.

Sportowcom amatorom połączenie wbudowanych czujników i wysokiej jakości oprogramowania dostarcza wielu przydatnych informacji niezbędnych do postępów w procesie treningowym. I tutaj zdecydowanie nie należy lekceważyć rozwoju takich marek jak Garmin czy Polar, które angażują do współpracy zawodowych sportowców i trenerów. To prawda, że dane są odczytywane z pewnym błędem, ale markowe oprogramowanie jest w stanie analizować i interpretować dane na wysokim poziomie. Miłośnikom biegania, jazdy na rowerze czy innych sportów to w zupełności wystarczy.

Co można powiedzieć o różnych wskaźnikach medycznych z inteligentnych zegarków? Oczywiście nie można ich uważać za ostateczne i najbardziej wiarygodne. Ale jest wiele przypadków, które dowodzą, że nawet to czasami wystarczy, aby uratować życie. Nieregularne tętno, obniżony poziom tlenu we krwi, informacja o złej jakości snu czy dużym stresie nie są powodem do diagnozowania się, ale do zastanowienia się, czy wszystko jest w porządku. I najbardziej poprawnym rozwiązaniem w przypadku problematycznych wskaźników jest oczywiście skonsultowanie się z lekarzem.

I na zakończenie. Konkurencja na rynku inteligentnych zegarków i opasek jest bardzo duża. Oznacza to, że producenci są zainteresowani poprawą jakości i ilości czujników, ulepszaniem swojego oprogramowania i wprowadzaniem innowacji. Użytkownicy na pewno zyskują na tym wyścigu marek.