ساعة ذكية، تبسيط علمي شائع

قبل ظهور الساعات الذكية، لم تكن الأساور الذكية المبكرة تحتوي حتى على شاشة – وكان بعضها يحتوي على زر واحد فقط ويحتاج إلى الاتصال بتطبيق جوال لعرض البيانات المتزامنة. يمكن اعتبار الفترة من 2015 إلى 2018 مرحلة توسع السوق بالنسبة للأساور الذكية. في جوهرها، تمثل الساعات الذكية تطوراً منطقياً للأساور الذكية؛ وكلا الجهازين ينتميان إلى نفس الفئة الواسعة. ولا يعني بالضرورة أن شراء الساعة أفضل دائماً من شراء السوار، لأنه على الرغم من أن الساعات بالفعل تمتلك شاشات أكبر وميزات أكثر، إلا أن عمر بطارياتها عادةً لا يدوم طويلاً كما هو الحال في الأساور.

لذلك، عند مناقشة تقنية الاستشعار في الأساور الذكية، يجب منطقيًا أن تشمل فئة الساعات الذكية. علاوة على ذلك، مع التطورات التكنولوجية، تتزايد تقنية الاستشعار في الأساور الذكية الحديثة سنة بعد أخرى. نظرًا لضيق المساحة، سأقدم هنا بإيجاز بعض التقنيات الاستشعارية الشائعة وبعض التقنيات الأحدث.

1. العد المخصص للخطوات: مقياس التسارع

باختصار، يقوم مقياس التسارع بكشف التسارع، وتحويله إلى إشارات كهربائية، ويستخدم ذلك لتقدير عدد الخطوات والمسافة المقطوعة والسعرات الحرارية المحروقة. وعادةً ما تتضمن هذه العملية تقنيات مثل تأثير هول، وGMR (المقاومة المغناطيسية الضخمة)، وTMR (المقاومة المغناطيسية النفقية)، وخوارزميات معينة.

2. مراقبة معدل ضربات القلب: مستشعر معدل ضربات القلب الضوئي ومستشعر المعاوقة الحيوية الكهربائية

الطريقة الأكثر شيوعًا لمراقبة معدل ضربات القلب هي مستشعر معدل ضربات القلب الضوئي، وهو مستشعر تقليدي يوضع في الجزء الخلفي من الحزام/الساعة. يعمل هذا المستشعر عن طريق إصدار ضوء أخضر من نوع LED إلى الجلد والأوعية الدموية المضغوطة ضد المستشعر. وبحساب التقلبات في امتصاص الضوء، فإنه يحدد حالة معدل ضربات القلب، ويساعد في اكتشاف النشاط، كما يمكنه أيضًا اكتشاف أي تشوهات في القلب لإصدار تنبيهات في الوقت المناسب.

نوع آخر هو مستشعر المعاوقة الحيوية الكهربائية، الذي يستخدم مقاومة الجسم الذاتية لمراقبة تدفق الدم، وتحويل هذه البيانات إلى مقاييس محددة مثل معدل ضربات القلب، ومعدل التنفس، واستجابة الجلد الغالفانية. وبما أنه يدمج بيانات متنوعة، فإن دقة كشفه تزداد، ما يجعله أكثر دلالة عند الرجوع إليه.

3. مراقبة النوم: ثلاث طرق مختلفة

يعتمد مراقبة النوم الأساسية أيضًا على جهاز قياس التسارع لتحديد ما إذا كنت نائمًا. المبدأ بسيط: أثناء النوم، تكون حركة الجسم ضئيلة ونادرة. فإذا لم يتم اكتشاف أي حركة، يُفترض أنك نائم. ولهذه الطريقة درجة معينة من الدقة، ولكنها عرضة للخطأ في التقدير. على سبيل المثال، إذا بقيت مستلقيًا دون حركة في السرير وأنت تنظر باستمرار إلى هاتفك، فقد تسجّل هذه الطريقة الحالة على أنها نوم.

الطريقة الثانية تدمج قياس معدل ضربات القلب لتحديد حالة النوم، وذلك باستخدام مستشعر نبض القلب. وتعتمد على التألّغ الكهربائي الضوئي (PPG) لإجراء كشف تباين معدل ضربات القلب (HRV). وهذه الطريقة أكثر دقة مقارنة بالاعتماد فقط على جهاز قياس التسارع.

تستخدم الطريقة الثالثة تحليل CPC للكشف عن النوم. ويعتمد المبدأ على الاستفادة من العلاقة الارتباطية بين تخطيط كهربية القلب (ECG) والتنفس أثناء النوم لتحديد شامل لحالات اليقظة والنوم الخفيف والنوم العميق. حاليًا، توفر هذه الطريقة دقة أعلى ويمكنها تقليل معدلات الخطأ في التقييم، مثل عندما يكون المستخدم مريضًا أو يبقى ساكنًا ولكن مستيقظًا (كما ذُكر سابقًا). ومع ذلك، عادةً ما تُوجد هذه الطريقة في منتجات الأجهزة القابلة للارتداء الذكية ذات الفئة العليا وهي أكثر تكلفة؛ وعمومًا لا تُستخدم في الساعات التي تبلغ قيمتها مائة يوان أو أقل أو تلك التي تقل عن ألف يوان.

4. مراقبة تشبع الأكسجين في الدم (SpO2): مستشعر ضوئي

كما ذُكر سابقًا، فإن المبدأ متماشٍ مع مراقبة معدل ضربات القلب: فالوحدة الموجودة في الخلف، عند الضغط على الجلد، تُصدر ضوءًا، ويُكتشف تغير الضوء الذي تم امتصاصه جزئيًا بواسطة الدم عن طريق مقاومة ضوئية لتحليل حالة الأكسجة في الدم. والفرق هو أن هذه العملية غالبًا ما تستخدم الضوء تحت الأحمر، وعرضة لمختلف العوامل المؤثرة. ولذلك، فإن دقة مراقبة SpO2 في الأساور/الساعات محدودة، ويجب استخدامها فقط كمرجع.

5. تعديل سطوع الشاشة: مستشعر الضوء المحيط

يشبه تعديل السطوع التلقائي في الهواتف الذكية، حيث تستخدم هذه الوظيفة مستشعر الضوء المحيط للكشف عن مستويات الإضاءة المحيطة، لضمان تعديل سطوع الشاشة تلقائيًا ليكون مرئيًا بوضوح للمستخدم.

6. إيقاظ الشاشة برفع المعصم: مقياس التسارع والجيروسكوب

تقوم هذه الوظيفة باكتشاف حالة السوار/الساعة باستخدام مقياس التسارع والجيروسكوب، وغالبًا ما تتضمن خوارزميات معقدة. إن تحديد حركة "رفع المعصم" يتطلب تقييم موقع الجهاز، وتغيرات اتجاه الشاشة، وعوامل أخرى للتأكد من أنها إيماءة استيقاظ فعلية، وبهذا تتجنب استنزاف البطارية لا لزوم له نتيجة تفعيل الشاشة بالخطأ.

7. تحديد الموقع العالمي وتسجيل مسار النشاط: مستشعر GPS

مثل نظام تحديد المواقع في الهواتف، يمكن للساعات الذكية المزودة بنفس الوحدة تحقيق تحديد الموقع بشكل مستقل وتتبع طرق النشاط. ومع ذلك، فإن هذه الوحدة الوظيفية نسبيًا مكلفة وأقل شيوعًا في الأساور الذكية الرخيصة؛ بل تُوجد بشكل أكثر تكرارًا في الساعات الرياضية الاحترافية.

8. كشف درجة حرارة الجسم: مستشعر الحرارة

مبدأ الكشف بسيط: استخدام المقاومات الحرارية وأجهزة استشعار درجة الحرارة عالية الدقة لتحقيق مراقبة لدرجة حرارة الجسم بشكل فردي أو مستمر. وغالبًا ما يُوجد هذا في الساعات الذكية لمراقبة الصحة (مثل تلك الخاصة بقياس ضغط الدم/السكر في الدم) التي تم إطلاقها في السنوات الأخيرة، حيث تعمل كوظيفة مساعدة.

9. مراقبة ضغط الدم وسكر الدم: وحدات استشعار متنوعة ومعقدة، وربما تعتمد فقط على الخوارزميات

هاتان الوظيفتان الرئيسيتان في المراقبة بدأتا تتجهان نحو مجال الفحص الطبي، مستهدفتين المستخدمين من كبار السن والأشخاص الذين لديهم احتياجات محددة لمراقبة الصحة. ومع ذلك، تتفاوت دقة هاتين الوظيفتين بشكل كبير.

بأخذ الساعات الذكية التي تدعم مراقبة ضغط الدم كمثال، تعتمد الساعات الذكية التقليدية حاليًا فقط على أجهزة استشعار ضوئية لتقدير النطاق بناءً على حالة معدل ضربات القلب المُكتشفة. أما تلك التي تعتمد على مبدأ القياس التذبذبي الحقيقي فهي أكثر دقة بكثير. ويجب أن تتضمن هذه الساعات كيس هواء صغيرًا في سوار المعصم أثناء القياس. ويمكن لهذا الأسلوب على الأقل إنتاج قيم ذات أهمية مرجعية معينة.

بالنسبة للساعات التي تراقب نسبة الجلوكوز في الدم دون انتهاك الجلد، فإن هذه الميزة غير قياسية حاليًا إلى حد كبير. وتعتمد معظمها على أجهزة استشعار ضوئية وخوارزميات لتوفير تقديرات، والتي ينبغي اعتبارها فقط كقيمة مرجعية لمراقبة الجسم اليومية.