Prima dell'avvento degli smartwatch, i primi braccialetti intelligenti non avevano nemmeno uno schermo – alcuni disponevano di un solo pulsante e richiedevano una connessione a un'app mobile per visualizzare i dati sincronizzati. Il periodo dal 2015 al 2018 può essere considerato la fase di espansione del mercato per i braccialetti intelligenti. Fondamentalmente, gli smartwatch sono un'estensione dei braccialetti intelligenti; entrambi appartengono alla stessa ampia categoria. Non è necessariamente vero che un orologio sia sempre più conveniente da acquistare rispetto a un braccialetto, perché sebbene gli orologi abbiano effettivamente schermi più grandi e più funzionalità, la loro batteria in genere non dura quanto quella dei braccialetti.
Pertanto, quando si discute della tecnologia dei sensori nei braccialetti intelligenti, è logico includere anche la categoria degli smartwatch. Inoltre, grazie ai progressi tecnologici, la tecnologia dei sensori nei braccialetti intelligenti moderni aumenta anno dopo anno. A causa di limitazioni di spazio, illustrerò brevemente qui alcuni sensori comuni e diverse tecnologie più recenti.
1. Contapassi dedicato: Accelerometro
In termini semplici, l'accelerometro rileva l'accelerazione, la converte in segnali elettrici e utilizza questi dati per stimare il numero di passi, la distanza percorsa e le calorie bruciate. Generalmente, ciò coinvolge tecnologie come effetto Hall, GMR (Magnetoresistenza Gigante), TMR (Magnetoresistenza Tunnel) e specifici algoritmi.
2. Monitoraggio della frequenza cardiaca: Sensore ottico della frequenza cardiaca e sensore di impedenza bioelettrica
Il metodo più comune per il monitoraggio della frequenza cardiaca è il sensore ottico della frequenza cardiaca, un sensore tradizionale posizionato sul retro del bracciale/orologio. Funziona emettendo una luce LED verde sulla pelle e sui vasi sanguigni premuti contro il sensore. Calcolando le fluttuazioni nell'assorbimento della luce, determina lo stato della frequenza cardiaca, assiste nel rilevamento dell'attività fisica e può anche rilevare anomalie cardiache per fornire avvisi tempestivi.
Un altro tipo è il sensore a impedenza bioelettrica, che sfrutta l'impedenza del corpo stesso per monitorare il flusso sanguigno, convertendo questi dati in metriche specifiche come frequenza cardiaca, frequenza respiratoria e risposta galvanica della pelle. Poiché sintetizza dati diversi, la sua accuratezza di rilevamento è maggiore, rendendolo più significativo ai fini di riferimento.
3. Monitoraggio del Sonno: Tre Approcci Diversi
Il monitoraggio base del sonno si basa anche sull'accelerometro per determinare se si sta dormendo. Il principio è semplice: durante il sonno, i movimenti del corpo sono minimi e rari. Se non vengono rilevati movimenti, si presume che si stia dormendo. Questo metodo presenta un certo grado di accuratezza, ma è soggetto a errori di valutazione. Ad esempio, se si rimane fermi a letto guardando continuamente il telefono, questo metodo potrebbe registrare comunque la situazione come sonno.
Il secondo metodo combina il rilevamento della frequenza cardiaca per determinare lo stato del sonno, utilizzando il sensore cardiaco. Impiega la PPG (Fotopletismografia) per effettuare il rilevamento della HRV (Variabilità della Frequenza Cardiaca). Questo metodo è più accurato rispetto all'utilizzo esclusivo dell'accelerometro.
Il terzo metodo utilizza l'analisi CPC per rilevare il sonno. Il principio consiste nell'utilizzare la relazione di accoppiamento tra ECG (elettrocardiogramma) e respirazione durante il sonno per determinare in modo completo gli stati di veglia, sonno leggero e sonno profondo. Attualmente, questo metodo offre una maggiore accuratezza e può ridurre i tassi di errore di valutazione, ad esempio quando l'utente è malato o rimane fermo ma sveglio (come menzionato in precedenza). Tuttavia, questo approccio si trova generalmente nei prodotti indossabili intelligenti di fascia alta ed è più costoso; solitamente non viene impiegato in bracciali da cento yuan o orologi sotto i mille yuan.
4. Monitoraggio della Saturazione di Ossigeno nel Sangue (SpO2): Sensore Ottico
Come menzionato in precedenza, il principio è analogo a quello del monitoraggio della frequenza cardiaca: il modulo sul retro, premuto contro la pelle, emette luce e un fotoresistore rileva le fluttuazioni della luce parzialmente assorbita dal sangue per analizzare lo stato di ossigenazione del sangue. La differenza sta nel fatto che questo processo utilizza spesso luce infrarossa ed è soggetto a diversi fattori interferenti. Pertanto, l'accuratezza del monitoraggio della SpO2 su bracciali/orologi è limitata e dovrebbe essere utilizzata solo come riferimento.
5. Regolazione della luminosità dello schermo: sensore di luce ambientale
Simile alla regolazione automatica della luminosità sugli smartphone, questa funzione utilizza un sensore di luce ambientale per rilevare i livelli di luce circostante, garantendo che la luminosità dello schermo venga regolata automaticamente per risultare chiaramente visibile all'utente.
6. Accensione dello schermo con sollevamento del polso: accelerometro e giroscopio
Questa funzione rileva lo stato del bracciale/orologio utilizzando l'accelerometro e il giroscopio, spesso coinvolgendo algoritmi complessi. La determinazione di un'"alzata di polso" richiede la valutazione della posizione del dispositivo, dei cambiamenti nell'orientamento dello schermo e di altri fattori per assicurarsi che si tratti di un gesto reale di risveglio, evitando così un inutile consumo della batteria dovuto ad accensioni accidentali dello schermo.
7. Posizionamento globale e registrazione del percorso dell'attività: sensore GPS
Come per il GPS nei telefoni, gli smartwatch dotati dello stesso modulo possono posizionarsi autonomamente e tracciare i percorsi delle attività. Tuttavia, questo modulo funzionale è relativamente costoso e meno comune nei smartband economici; è invece più frequente negli orologi sportivi professionali.
8. Rilevamento della temperatura corporea: sensore di temperatura
Il principio di rilevamento è semplice: utilizzo di termistori e sensori di temperatura ad alta precisione per effettuare il monitoraggio della temperatura corporea singolo o continuo. Questo è comunemente presente negli smartwatch per il monitoraggio della salute (ad esempio, quelli per pressione sanguigna/zucchero nel sangue) lanciati negli ultimi anni, funzionando come funzione ausiliaria.
9. Monitoraggio della Pressione Sanguigna e del Glucosio nel Sangue: Moduli Sensori Diversi e Complessi, Probabilmente Basati Solo su Algoritmi
Queste due principali funzioni di monitoraggio stanno iniziando a orientarsi verso il campo dei controlli medici, rivolgendosi a utenti di mezza età e anziani e a coloro che hanno esigenze specifiche di monitoraggio sanitario. Tuttavia, l'accuratezza di queste funzioni varia notevolmente.
Prendendo come esempio gli smartwatch con monitoraggio della pressione sanguigna, attualmente gli smartwatch convenzionali si basano solo su sensori ottici per stimare un intervallo in base allo stato del battito cardiaco rilevato. Quelli che adottano il vero principio di misurazione oscillometrica sono molto più affidabili. Tali orologi devono incorporare un micro palloncino d'aria nel cinturino durante la misurazione. Questo approccio può produrre almeno valori con un certo significato di riferimento.
Per quanto riguarda gli orologi con monitoraggio non invasivo del glucosio nel sangue, questa è attualmente una funzionalità molto poco standardizzata. La maggior parte si basa su sensori ottici e algoritmi per fornire stime, che dovrebbero essere considerate soltanto come valore di riferimento per il monitoraggio quotidiano del corpo.
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