Bevor Smartwatches aufkamen, hatten frühe Smartbänder nicht einmal einen Bildschirm – einige verfügten nur über eine einzige Taste und mussten mit einer mobilen App verbunden werden, um synchronisierte Daten anzuzeigen. Die Zeit von 2015 bis 2018 kann als Marktausbauphase für Smartbänder betrachtet werden. Im Wesentlichen sind Smartwatches eine Erweiterung von Smartbändern; beide gehören zur gleichen breiten Kategorie. Es stimmt nicht unbedingt, dass eine Uhr immer besser ist als ein Band, denn obwohl Uhren tatsächlich größere Bildschirme und mehr Funktionen haben, hält ihre Akkulaufzeit in der Regel nicht so lange wie die von Bändern.
Daher sollte die Sensorik in Smartbands logischerweise auch die Kategorie der Smartwatches umfassen. Zudem nimmt aufgrund technologischer Fortschritte die Qualität der Sensortechnologie in modernen Smartbands von Jahr zu Jahr zu. Aufgrund von Platzbeschränkungen werde ich hier kurz einige gängige sowie neuere Sensortechnologien vorstellen.
1. Spezielle Schrittzählung: Beschleunigungssensor
Einfach ausgedrückt erfasst der Beschleunigungssensor Beschleunigungen, wandelt diese in elektrische Signale um und verwendet diese, um die Anzahl der Schritte, die zurückgelegte Distanz und die verbrannten Kalorien abzuschätzen. Dies umfasst im Allgemeinen Technologien wie den Hall-Effekt, GMR (Gigantischer Magnetowiderstand), TMR (Tunnelmagnetowiderstand) sowie spezifische Algorithmen.
2. Herzfrequenzüberwachung: Optischer Herzfrequenzsensor & Bioelektrischer Impedanzsensor
Die gängigste Methode zur Herzfrequenzüberwachung ist der optische Herzfrequenzsensor, ein herkömmlicher Sensor, der auf der Rückseite des Armbands / der Uhr angebracht ist. Er funktioniert, indem er grünes LED-Licht auf die Haut und die gegen den Sensor gedrückten Blutgefäße abstrahlt. Durch die Berechnung von Schwankungen in der Lichtabsorption ermittelt er den Herzfrequenzstatus, unterstützt die Erkennung von Aktivitäten und kann auch Herzrhythmusstörungen erkennen, um rechtzeitige Warnungen auszugeben.
Eine andere Art ist der Bioelektrische-Impedanz-Sensor, der die eigene Impedanz des Körpers nutzt, um den Blutfluss zu überwachen und diese Daten in konkrete Messwerte wie Herzfrequenz, Atemfrequenz und galvanische Hautreaktion umzuwandeln. Da er unterschiedliche Daten kombiniert, wird die Genauigkeit der Messung erhöht, wodurch die Ergebnisse aussagekräftiger für die Beurteilung sind.
3. Schlafüberwachung: Drei verschiedene Ansätze
Die grundlegende Schlafüberwachung stützt sich ebenfalls auf den Beschleunigungssensor, um festzustellen, ob Sie schlafen. Das Prinzip ist einfach: Während des Schlafs sind Körperbewegungen minimal und selten. Wenn keine Bewegung erfasst wird, geht das Gerät davon aus, dass Sie schlafen. Dies bietet einen gewissen Grad an Genauigkeit, ist jedoch fehleranfällig. Beispielsweise könnte diese Methode auch dann den Zustand als Schlaf werten, wenn Sie regungslos im Bett liegen und kontinuierlich auf Ihr Smartphone schauen.
Die zweite Methode kombiniert die Herzfrequenz zur Bestimmung des Schlafzustands und nutzt dabei den Herzfrequenzsensor. Sie verwendet PPG (Photoplethysmographie), um eine HRV (Herzfrequenzvariabilität)-Messung durchzuführen. Diese Methode ist genauer als die alleinige Nutzung des Beschleunigungssensors.
Die dritte Methode verwendet die CPC-Analyse, um den Schlaf zu erkennen. Das Prinzip beruht darauf, die Kopplungsbeziehung zwischen EKG (Elektrokardiogramm) und Atmung während des Schlafs zu nutzen, um umfassend Zustände der Wachheit, des Leichtschlafs und des Tiefschlafs zu bestimmen. Derzeit bietet diese Methode eine höhere Genauigkeit und kann Fehlbeurteilungsraten verringern, beispielsweise wenn der Benutzer krank ist oder sich ruhig verhält, aber wach bleibt (wie zuvor erwähnt). Allerdings findet sich dieser Ansatz typischerweise in hochwertigen smarten Wearables und ist kostspieliger; er wird im Allgemeinen nicht in hundert-Yuan-Armbändern oder Uhren unter tausend Yuan eingesetzt.
4. Sauerstoffsättigung (SpO2)-Überwachung: Optischer Sensor
Wie bereits erwähnt, entspricht das Prinzip der Herzfrequenzüberwachung: Das Modul auf der Rückseite, das gegen die Haut gedrückt wird, sendet Licht aus, und ein Fotowiderstand erfasst Schwankungen des vom Blut teilweise absorbierten Lichts, um den Sauerstoffgehalt im Blut zu analysieren. Der Unterschied besteht darin, dass dieser Prozess oft Infrarotlicht verwendet und anfällig für verschiedene störende Faktoren ist. Daher ist die Genauigkeit der SpO2-Überwachung an Bändern/Uhren begrenzt und sollte nur als Referenz dienen.
5. Bildschirmhelligkeitsanpassung: Umgebungslichtsensor
Ähnlich wie die automatische Helligkeitsanpassung bei Smartphones nutzt diese Funktion einen Umgebungslichtsensor, um den Lichtpegel in der Umgebung zu erfassen und sicherzustellen, dass die Bildschirmhelligkeit automatisch so angepasst wird, dass sie für den Benutzer gut lesbar ist.
6. Aufheben des Handgelenks zum Aktivieren des Bildschirms: Beschleunigungssensor und Gyroskop
Diese Funktion erkennt den Band-/Watch-Status mithilfe von Beschleunigungs- und Drehratensensoren, wobei häufig komplexe Algorithmen zum Einsatz kommen. Die Erkennung eines "Hochhebens des Handgelenks" umfasst die Bewertung der Geräteposition, Änderungen der Bildschirmausrichtung und weiterer Faktoren, um sicherzustellen, dass es sich um eine echte Aufweck-Geste handelt, wodurch unnötiger Batterieverbrauch durch versehentliche Bildschirmaktivierungen vermieden wird.
7. Globale Positionsbestimmung und Aufzeichnung von Aktivitätsrouten: GPS-Sensor
Wie bei GPS in Smartphones können Smartwatches mit dem gleichen Modul unabhängig die Position bestimmen und Aktivitätsrouten verfolgen. Dieses Funktionsmodul ist jedoch relativ teuer und bei preisgünstigen Smartbands seltener zu finden; es kommt hauptsächlich in professionellen Sportuhren vor.
8. Körpertemperaturmessung: Temperatursensor
Das Detektionsprinzip ist einfach: Unter Verwendung von Thermistoren und hochpräzisen Temperatursensoren wird die Einzel- oder kontinuierliche Körpertemperaturüberwachung erreicht. Dies findet sich häufig in Gesundheits-Monitoring-Smartwatches (z. B. für Blutdruck/Blutzucker), die in den letzten Jahren eingeführt wurden, und dient als Zusatzfunktion.
9. Blutdruck- und Blutzuckermessung: Vielfältige und komplexe entsprechende Sensormodule, möglicherweise ausschließlich auf Algorithmen basierend
Diese beiden Hauptüberwachungsfunktionen rücken zunehmend in den medizinischen Untersuchungsbereich vor und zielen auf mittelalte und ältere Nutzer sowie auf Personen mit speziellen Gesundheitsüberwachungsanforderungen ab. Die Genauigkeit dieser Funktionen variiert jedoch erheblich.
Als Beispiel für Smartwatches mit Blutdruckmessung: Derzeit verlassen sich herkömmliche Smartwatches nur auf optische Sensoren, um anhand des erfassten Herzfrequenzstatus einen Schätzbereich zu ermitteln. Geräte, die das echte oszillometrische Messprinzip verwenden, sind weitaus zuverlässiger. Solche Uhren müssen während der Messung einen kleinen Luftballon im Armband integrieren. Dieser Ansatz kann zumindest Werte liefern, die eine gewisse Referenzbedeutung haben.
Was Smartwatches zur nicht-invasiven Blutzuckermessung betrifft, so handelt es sich derzeit um eine sehr wenig standardisierte Funktion. Die meisten Geräte basieren auf optischen Sensoren und Algorithmen, um Schätzwerte zu liefern, die lediglich als Referenzwert zur täglichen Körperüberwachung betrachtet werden sollten.
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