สมาร์ทวอทช์ การเผยแพร่ความรู้ทางวิทยาศาสตร์แบบเรียบง่าย

ก่อนที่สมาร์ทวอทช์จะปรากฏขึ้น สมาร์ทแบนด์รุ่นแรกๆ แม้แต่หน้าจอเองยังไม่มี – บางรุ่นมีเพียงปุ่มเดียว และจำเป็นต้องเชื่อมต่อกับแอปพลิเคชันบนมือถือเพื่อดูข้อมูลที่ซิงค์ไว้ ช่วงเวลาตั้งแต่ปี 2015 ถึง 2018 สามารถถือได้ว่าเป็นช่วงขยายตลาดสำหรับสมาร์ทแบนด์ โดยพื้นฐานแล้ว สมาร์ทวอทช์คือการต่อยอดมาจากสมาร์ทแบนด์ ทั้งสองประเภทจัดอยู่ในหมวดหมู่เดียวกัน ไม่จำเป็นเสมอไปว่านาฬิกาจะคุ้มค่ากว่าเสมอ เพราะถึงแม้ว่าสมาร์ทวอทช์จะมีหน้าจอใหญ่กว่าและฟีเจอร์มากกว่า แต่โดยทั่วไปอายุการใช้งานแบตเตอรี่ของสมาร์ทวอทช์กลับสั้นกว่าสมาร์ทแบนด์

ดังนั้น เมื่อพูดถึงเทคโนโลยีเซ็นเซอร์ในสมาร์ทแบนด์ จึงควรรวมหมวดหมู่สมาร์ทวอตช์เข้าไปด้วยอย่างเป็นเหตุเป็นผล ยิ่งไปกว่านั้น ด้วยความก้าวหน้าทางเทคโนโลยี เทคโนโลยีเซ็นเซอร์ในสมาร์ทแบนด์รุ่นใหม่จึงเพิ่มขึ้นทุกปี ด้วยข้อจำกัดของพื้นที่ ฉันจะขอแนะนำโดยย่อเกี่ยวกับเทคโนโลยีเซ็นเซอร์ที่พบบ่อยบางชนิดและเทคโนโลยีเซ็นเซอร์ใหม่ๆ จำนวนไม่กี่ชนิด

1. การนับก้าวโดยเฉพาะ: เซ็นเซอร์วัดความเร่ง (Accelerometer)

พูดอย่างง่ายๆ เซ็นเซอร์วัดความเร่งจะตรวจจับการเร่งความเร็ว แปลงเป็นสัญญาณไฟฟ้า และใช้ข้อมูลนี้ในการประมาณจำนวนก้าว ระยะทางที่เดิน และแคลอรี่ที่เผาผลาญ ซึ่งโดยทั่วไปจะเกี่ยวข้องกับเทคโนโลยีต่างๆ เช่น เอฟเฟกต์ฮอลล์ (Hall effect), GMR (Giant Magnetoresistance), TMR (Tunnel Magnetoresistance) และอัลกอริทึมเฉพาะ

2. การตรวจสอบอัตราการเต้นของหัวใจ: เซ็นเซอร์วัดอัตราการเต้นของหัวใจแบบออปติคัล และเซ็นเซอร์วัดความต้านทานทางชีวภาพไฟฟ้า

วิธีที่พบบ่อยที่สุดสำหรับการติดตามอัตราการเต้นของหัวใจคือเซนเซอร์วัดอัตราการเต้นของหัวใจแบบออปติคัล ซึ่งเป็นเซนเซอร์แบบดั้งเดิมที่ติดอยู่ด้านหลังของสายนาฬิกาหรือตัวเรือน โดยจะทำงานโดยการปล่อยแสง LED สีเขียวไปยังผิวหนังและหลอดเลือดที่กดแนบกับเซนเซอร์ จากนั้นคำนวณการเปลี่ยนแปลงของการดูดซับแสง เพื่อกำหนดสถานะอัตราการเต้นของหัวใจ ช่วยในการตรวจจับกิจกรรม และยังสามารถตรวจจับความผิดปกติของหัวใจเพื่อแจ้งเตือนได้ทันเวลา

อีกประเภทหนึ่งคือเซนเซอร์ความต้านทานทางชีวภาพ (bioelectrical impedance sensor) ซึ่งใช้ค่าความต้านทานของร่างกายเองในการติดตามการไหลเวียนของเลือด แล้วแปลงข้อมูลนี้เป็นตัวชี้วัดเฉพาะ เช่น อัตราการเต้นของหัวใจ อัตราการหายใจ และการตอบสนองของผิวหนังต่อกระแสไฟฟ้า เนื่องจากมันรวบรวมข้อมูลที่หลากหลาย ความแม่นยำในการตรวจจึงสูงขึ้น ทำให้ข้อมูลที่ได้มีประโยชน์และน่าเชื่อถือมากยิ่งขึ้น

3. การติดตามการนอนหลับ: สามแนวทางที่แตกต่างกัน

การติดตามการนอนหลับขั้นพื้นฐานยังอาศัยเครื่องวัดความเร่ง (accelerometer) เพื่อตรวจสอบว่าคุณกำลังนอนหรือไม่ โดยหลักการนี้ง่ายมาก: ในช่วงที่นอนหลับ การเคลื่อนไหวร่างกายนั้นจะมีน้อยและเกิดขึ้นอย่างไม่บ่อยครั้ง หากไม่มีการตรวจจับการเคลื่อนไหว ก็จะถือว่าคุณกำลังนอนหลับ วิธีนี้มีความแม่นยำในระดับหนึ่ง แต่อาจเกิดการตีความผิดได้ เช่น หากคุณนอนนิ่งๆ บนเตียงแล้วมองโทรศัพท์มือถือต่อเนื่อง วิธีนี้อาจตีความว่าคุณกำลังนอนหลับ

วิธีที่สองใช้การวัดอัตราการเต้นของหัวใจร่วมด้วยเพื่อกำหนดสถานะการนอน โดยใช้เซ็นเซอร์วัดอัตราการเต้นของหัวใจ ซึ่งใช้เทคนิค PPG (Photoplethysmography) เพื่อตรวจวัด HRV (Heart Rate Variability) วิธีนี้มีความแม่นยำมากกว่าการพึ่งพาเพียงเครื่องวัดความเร่งเท่านั้น

วิธีที่สามใช้การวิเคราะห์ CPC เพื่อตรวจจับการนอนหลับ โดยหลักการคือการใช้ความสัมพันธ์ของการเชื่อมโยงระหว่างคลื่นไฟฟ้าหัวใจ (ECG) และการหายใจในขณะนอนหลับ เพื่อประเมินสถานะต่างๆ ได้อย่างครอบคลุม ไม่ว่าจะเป็นการตื่น การนอนหลับแบบหลับเบา และการนอนหลับลึก ปัจจุบันวิธีนี้มีความแม่นยำสูงกว่า และสามารถลดอัตราการตัดสินผิดพลาด เช่น ในกรณีที่ผู้ใช้งานป่วย หรืออยู่นิ่งๆ แต่ยังคงตื่นอยู่ (ดังที่กล่าวไว้ก่อนหน้านี้) อย่างไรก็ตาม วิธีการนี้มักพบได้ในผลิตภัณฑ์สวมใส่อัจฉริยะระดับพรีเมียม และมีราคาสูงกว่า โดยทั่วไปจะไม่ถูกใช้ในสายรัดข้อมือราคาประมาณหนึ่งร้อยหยวน หรือนาฬิกาที่มีราคาต่ำกว่าหนึ่งพันหยวน

4. การตรวจสอบค่าความอิ่มตัวของออกซิเจนในเลือด (SpO2): เซ็นเซอร์แบบออปติคัล

ดังที่ได้กล่าวมาแล้ว หลักการทำงานคล้ายกับการตรวจสอบอัตราการเต้นของหัวใจ: โมดูลที่อยู่ด้านหลังเมื่อกดแนบกับผิวหนังจะปล่อยแสงออกมา และโฟโตรีซิสเตอร์จะตรวจจับการเปลี่ยนแปลงของแสงที่ถูกดูดซับบางส่วนโดยเลือด เพื่อวิเคราะห์สถานะออกซิเจนในเลือด ความแตกต่างคือกระบวนการนี้มักใช้แสงอินฟราเรด และอาจได้รับผลกระทบจากปัจจัยรบกวนต่างๆ ดังนั้นความแม่นยำของการตรวจสอบระดับ SpO2 บนสายรัด/นาฬิกาจึงมีข้อจำกัด และควรใช้เพียงเป็นข้อมูลอ้างอิงเท่านั้น

5. การปรับความสว่างของหน้าจอ: เซ็นเซอร์วัดแสงรอบข้าง

คล้ายกับการปรับความสว่างอัตโนมัติบนสมาร์ทโฟน ฟังก์ชันนี้ใช้เซ็นเซอร์วัดแสงรอบข้างในการตรวจจับระดับแสงโดยรอบ เพื่อให้มั่นใจว่าความสว่างของหน้าจอจะถูกปรับโดยอัตโนมัติให้ผู้ใช้สามารถมองเห็นได้อย่างชัดเจน

6. เปิดหน้าจอเมื่อยกข้อมือ: เซ็นเซอร์วัดความเร่งและไจโรสโคป

ฟังก์ชันนี้ตรวจจับสถานะของสายนาฬิกา/นาฬิกาโดยใช้เครื่องวัดเร่งและไจโรสโคป ซึ่งมักเกี่ยวข้องกับอัลกอริทึมที่ซับซ้อน การพิจารณาว่าเป็นการ "ยกข้อมือ" นั้นจะต้องประเมินตำแหน่งของอุปกรณ์ การเปลี่ยนแปลงทิศทางหน้าจอ และปัจจัยอื่นๆ เพื่อให้มั่นใจว่าเป็นการปลุกอุปกรณ์ด้วยเจตนาจริง จึงช่วยหลีกเลี่ยงการสิ้นเปลืองพลังงานแบตเตอรี่จากหน้าจอเปิดโดยไม่ได้ตั้งใจ

7. การระบุตำแหน่งทั่วโลกและการบันทึกเส้นทางกิจกรรม: เซ็นเซอร์ GPS

คล้ายกับระบบ GPS ในโทรศัพท์ มือถือ สมาร์ตวอทช์ที่ติดตั้งโมดูลเดียวกันสามารถระบุตำแหน่งและติดตามเส้นทางกิจกรรมได้อย่างอิสระ อย่างไรก็ตาม โมดูลการทำงานนี้ค่อนข้างมีราคาสูง และพบได้น้อยในสมาร์ตแบนด์รุ่นประหยัด โดยทั่วไปมักพบในนาฬิกากีฬาระดับมืออาชีพมากกว่า

8. การตรวจจับอุณหภูมิร่างกาย: เซ็นเซอร์วัดอุณหภูมิ

หลักการตรวจจับนั้นเรียบง่าย: ใช้เทอร์มิสเตอร์และเซ็นเซอร์วัดอุณหภูมิที่มีความแม่นยำสูง เพื่อให้สามารถตรวจสอบอุณหภูมิร่างกายแบบครั้งเดียวหรือต่อเนื่อง ซึ่งโดยทั่วไปพบได้ในสมาร์ตวอทช์เพื่อการติดตามสุขภาพ (เช่น รุ่นที่ใช้สำหรับวัดความดันโลหิต/น้ำตาลในเลือด) ที่เปิดตัวในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา โดยทำหน้าที่เป็นฟังก์ชันเสริม

9. การตรวจสอบความดันโลหิตและระดับน้ำตาลในเลือด: โมดูลเซ็นเซอร์ที่หลากหลายและซับซ้อน อาจอาศัยเพียงอัลกอริทึมเท่านั้น

ฟังก์ชันการตรวจสอบทั้งสองประการนี้เริ่มมีแนวโน้มเข้าสู่ด้านการตรวจสุขภาพทางการแพทย์ โดยมุ่งเป้าไปที่ผู้ใช้งานวัยกลางคนถึงวัยสูงอายุ และผู้ที่มีความต้องการเฉพาะด้านการติดตามสุขภาพ อย่างไรก็ตาม ความแม่นยำของฟังก์ชันเหล่านี้มีความแตกต่างกันอย่างมาก

ยกตัวอย่างสมาร์ตวอทช์ที่รองรับการวัดความดันโลหิต ปัจจุบันสมาร์ตวอทช์ทั่วไปจะพึ่งพาเฉพาะเซนเซอร์ออปติคัลในการประมาณค่าช่วงที่อิงจากสถานะอัตราการเต้นของหัวใจเท่านั้น แต่สมาร์ตวอทช์ที่ใช้หลักการวัดแบบออสซิลโลเมตริก (oscillometric) ที่แท้จริงจะมีความน่าเชื่อถือมากกว่ามาก สมาร์ตวอทช์ประเภทนี้จำเป็นต้องมีไมโครถุงลมขนาดเล็กติดตั้งอยู่ในสายรัดข้อมือเพื่อใช้ในการวัด วิธีการนี้สามารถให้ค่าที่มีความหมายอ้างอิงได้อย่างน้อยหนึ่งค่า

สำหรับสมาร์ตวอทช์ที่ตรวจสอบระดับน้ำตาลในเลือดแบบไม่ต้องเจาะ ถือเป็นคุณสมบัติที่ยังไม่มีมาตรฐานมากนักในปัจจุบัน ส่วนใหญ่พึ่งพาเซนเซอร์ออปติคัลร่วมกับอัลกอริทึมในการให้ค่าประมาณ ซึ่งควรพิจารณาเป็นเพียงค่าอ้างอิงสำหรับการติดตามสุขภาพประจำวันเท่านั้น