שעון חכם - הסבר מדע פשוט

לפני שהופיעו שעונים חכמים, לרצועות חכמות מוקדמות אפילו לא היה מסך – חלקן היו בעלות כפתור בודד ודרשו חיבור ליישום נייד כדי להציג נתונים מסונכרנים. התקופה בין 2015 ל-2018 יכולה להיחשב שלב ההתפשטות של השוק לרצועות חכמות. בעקרון, שעונים חכמים הם הרחבה של רצועות חכמות; שניהם שייכים לאותה קטגוריה רחבה. לא בהכרח נכון שшעון תמיד שווה יותר מרצועה, שכן למרות ששעונים אכן מציעים מסכים גדולים יותר ותכונות רבות יותר, אורך חיי הסוללה שלהם לרוב אינו ארוך כמו זה של הרצועות.

לכן, בעת דיון בטכנולוגיית חיישנים בשעוני סמארטבנד, יש לכלול באופן לוגי גם את קטגוריית השעונים החכמים. יתר על כן, עם התקדמות הטכנולוגית, טכנולוגיית החיישנים בסמרטבנדים המודרניים גדלה משנה לשנה. בשל מגבלות של שטח, אציג בקצרה מספר טכנולוגיות חיישן נפוצות ומספר טכנולוגיות חדשות יותר כאן.

1. ספירת צעדים מוקדשת: מצפן תאוצה

באופן פשוט, האксלرومטר מאתר תאוצה, ממיר אותה לסיגנלים חשמליים, ושימוש בזה כדי להעריך את מספר הצעדים, המרחק שעבר והקלוריות שנשרפו. זה לרוב כולל טכנולוגיות כמו אפקט הול, GMR (התנגדות מגנטית ענקית), TMR (התנגדות מגנטית בדיאן), ואלגוריתמים מסוימים.

2. מונitore לב: חיישן קצב לב אופטי & חיישן התנגדות ביואלקטרית

שיטה נפוצה למעקב אחר קצב הלב היא חיישן אופטי למדידת קצב לב, חיישן מסורתי המותקן בחלק האחורי של הרצועה/השעון. הוא פועל על ידי שיגור אור LED ירוק אל העור וכלי הדם שנלחצים אל מול החיישן. על ידי חישוב תנודות בספיגת האור, הוא קובע את מצב קצב הלב, עוזר בגילוי פעילות, וכן יכול לזהות חריגות בלב לצורך התראות בזמן אמת.

סוג נוסף הוא חיישן התנגדות ביולוגית (Bioelectrical Impedance), שמ aprove מההתנגדות הטבעית של הגוף כדי לנטר את זרימת הדם, ומשמיע את הנתונים האלה למדדים ספציפיים כמו קצב לב, קצב נשימה והתגובה הגלוונית של העור. מאחר שהוא משולב נתונים שונים, דיוק ההגלאים שלו מוגבר, מה שהופך אותו למשמעותי יותר להתייחסות.

3. מעקב שינה: שלוש גישות שונות

מעקב בסיסי אחר שינה מסתמך גם הוא על מצפן תנועה כדי לקבוע אם אתה ישן. העיקרון פשוט: במהלך השינה, תנועות הגוף מינימליות ונדירות. אם לא נקלטות תנועות, הניחוש הוא שאתה ישן. לשיטה זו יש דרגת דיוק מסוימת אך היא נוטה לטעויות בפירוש. למשל, אם אתה שוכב בשקט במיטה ומסתכל ברציפות על הטלפון, שיטה זו עשויה להסיק שזוהי שינה.

השיטה השנייה משלבת מדידת קצב לב כדי לקבוע את מצב השינה, תוך שימוש בחיישן קצב הלב. היא משתמשת ב-PPG (מדידת נפח הדם באמצעות אור) כדי לבצע זיהוי של HRV (שינויים במרווחי הזמן בין פעימות הלב). שיטה זו מדויקת יותר מאשר התבססות על מצפן התנועה בלבד.

השיטה השלישית משתמשת בניתוח CPC לזיהוי שינה. העיקרון כולל שימוש ביחס הקיבוע בין רשמון הלב (ECG) לנשימה במהלך השינה כדי לקבוע באופן מקיף את מצבי ההתרוקנות, שינה קלה ושינה עמוקה. כיום, שיטה זו מציעה דיוק גבוה יותר ויכולה להפחית את שיעורי הטעויות, למשל כאשר המשתמש חולה או נשאר שקט אך עירן (כאמור קודם). עם זאת, גישה זו נמצאת בדרך כלל במוצרים חכמים ללב יקרים יותר והיא יקרה יותר; בדרך כלל איננה משמשת בסרגלי מאה יואן או בשעונים שמחירם מתחת לאלף יואן.

4. מדידת רווית החמצן בדם (SpO2): חיישן אופטי

כאמור קודם, העיקרון עקבי עם ניטור דופק: המודול שבאחור, לוחץ על העור, פולט אור, ופוטורזיסטור מאתר תנודות באור שנ hấpב באופן חלקי על ידי הדם כדי לנתח את מצב החמצן בדם. ההבדל הוא שהתהליך הזה משתמש לעתים קרובות באור אינפרא-אדום ורגיש לגורמים מפריעים שונים. לכן, הדיוק של ניטור SpO2 בשעונים/רצועות מוגבל ואינו אלא לשימוש כהקשר.

5. התאמת בהירות המסך: חיישן אור סביבתי

בדומה להתאמת בהירות אוטומטית בסמארטפונים, פונקציה זו משתמשת בחיישן אור סביבתי לזיהוי רמות האור בסביבה, כדי להבטיח שהבהירות של המסך תתאים אוטומטית כדי שיהיה גלוי בבירור למשתמש.

6. активציה של המסך בהרמת יד: מאיץ זוויתי וג'יירוסקופ

פונקציה זו מזהה את מצב השעון/צמיד בעזרת מצפן וחיישן תנועה, לעתים קרובות תוך שימוש באלגוריתמים מורכבים. קביעת הפעולה של "הרמת פרק כף היד" כוללת הערכת מיקום המכשיר, שינויי אוריינטציה של המסך וגורמים נוספים כדי לוודא שמדובר בתנועה אמיתית להזנת המכשיר, ובכך למנוע ניפוח סוללה מיותר עקב הפעלות מסך אקראיות.

7. זיהוי מיקום גלובלי ורישום נתיב פעילות: חיישן GPS

בדומה ל-GPS בסמארטפונים, שעוני חכם המשולבים באותו מודול יכולים להשיג באופן עצמאי זיהוי מיקום ולעקוב אחר נתיבי פעילות. עם זאת, מודול הפונקציונליות הזה יקר יחסית ונמצא פחות בשעוני ספורט זולים; הוא נפוץ יותר בשעוני ספורט מקצועיים.

8. מדידת טמפרטורת הגוף: חיישן טמפרטורה

עקרון ההכרה פשוט: שימוש בתרמיסטורים וחיישני טמפרטורה בעלי דיוק גבוה כדי להשיג שימור טמפרטורת גוף יחיד או רציף. ניתן למצוא זאת לרוב בשעוני חכם לשימור בריאות (לדוגמה, כאלו לבקרת לחץ דם/סוכר בדם) שהושקו בשנים האחרונות, כפונקציה עזר.

9. שימור לחץ הדם ורמות סוכר בדם: מודולי חיישן מגוונים ומורכבים, אולי מבוססי אלגוריתמים בלבד

שתי פונקציות השימור הגדולות הללו מתחילות לנטות לכיוון תחום הבדיקות הרפואיות, עם יעד של משתמשים בוגרים ומבוגרים וכן אלו שיש להם צרכים ספציפיים בשימור הבריאות. עם זאת, הדיוק של הפונקציות הללו משתנה בצורה ניכרת.

בתוך עיניים, שעונים חכמים התומכים במדידת לחץ דם. כיום, שעונים חכמים קונבנציונליים מסתמכים רק על חיישני אופטיקה כדי לאמוד טווח על סמך מצב דופק שנמדד. אלו המשתמשים בעיקרון המדידה האוסצילומטרי האמיתי מהימנים בהרבה. שעונים כאלה חייבים לכלול כרית אויר מיקרו בתוך חגורה של היד במהלך המדידה. גישה זו יכולה לפחות לספק ערכים בעלי משמעות ייחוס מסוימת.

בנוגע לשעונים שמאפשרים מדידת גלוקוז בלי פגיעה בעור, כיום זו תכונה מאוד לא סטנדרטית. רובם מסתמכים על חיישני אופטיקה + אלגוריתמים כדי לספק הערכות, שאמורות להיחשב רק כערך ייחוס לניטור יומי של הגוף.