Trước khi đồng hồ thông minh xuất hiện, các vòng đeo tay thông minh đời đầu thậm chí còn không có màn hình – một số chỉ có duy nhất một nút bấm và cần kết nối với ứng dụng di động để xem dữ liệu đã đồng bộ. Giai đoạn từ 2015 đến 2018 có thể được xem là thời kỳ mở rộng thị trường cho các vòng đeo tay thông minh. Về bản chất, đồng hồ thông minh là sự mở rộng của vòng đeo tay thông minh; cả hai đều thuộc cùng một nhóm sản phẩm rộng. Không nhất thiết cứ là đồng hồ thì luôn đáng mua hơn vòng đeo, bởi dù đồng hồ thực sự có màn hình lớn hơn và nhiều tính năng hơn, nhưng thời lượng pin của chúng thường không kéo dài bằng các vòng đeo.
Do đó, khi thảo luận về công nghệ cảm biến trong vòng đeo tay thông minh, về mặt logic cần bao gồm cả danh mục đồng hồ thông minh. Hơn nữa, cùng với sự phát triển công nghệ, công nghệ cảm biến trong các vòng đeo tay thông minh hiện đại đang không ngừng được nâng cao từng năm. Do bị giới hạn về không gian, tôi sẽ giới thiệu sơ lược một vài công nghệ cảm biến phổ biến và một số công nghệ cảm biến mới hơn tại đây.
1. Đếm bước chuyên dụng: Cảm biến gia tốc
Nói một cách đơn giản, máy đo gia tốc phát hiện gia tốc, chuyển đổi thành tín hiệu điện và sử dụng thông tin này để ước tính số bước chân, quãng đường đã đi và lượng calo đã đốt cháy. Điều này thường liên quan đến các công nghệ như hiệu ứng Hall, GMR (từ điện trở khổng lồ), TMR (từ điện trở đường hầm) và các thuật toán cụ thể.
2. Theo dõi nhịp tim: Cảm biến nhịp tim quang học & Cảm biến trở kháng sinh học
Phương pháp phổ biến nhất để theo dõi nhịp tim là cảm biến nhịp tim quang học, một loại cảm biến truyền thống được đặt ở mặt sau của dây đeo/vòng đeo. Cảm biến này hoạt động bằng cách phát ra ánh sáng LED màu xanh lục lên da và các mạch máu ép sát vào cảm biến. Bằng cách tính toán sự thay đổi trong mức độ hấp thụ ánh sáng, nó xác định trạng thái nhịp tim, hỗ trợ phát hiện hoạt động và cũng có thể phát hiện các bất thường về tim để cảnh báo kịp thời.
Một loại khác là cảm biến trở kháng sinh học, sử dụng trở kháng tự nhiên của cơ thể để theo dõi lưu lượng máu, chuyển đổi dữ liệu này thành các chỉ số cụ thể như nhịp tim, nhịp hô hấp và phản ứng da điện. Vì nó tổng hợp nhiều dạng dữ liệu khác nhau, độ chính xác của việc phát hiện được nâng cao, làm cho dữ liệu trở nên có ý nghĩa hơn khi tham khảo.
3. Theo dõi giấc ngủ: Ba phương pháp khác nhau
Giám sát giấc ngủ cơ bản cũng dựa vào cảm biến gia tốc để xác định bạn đã ngủ hay chưa. Nguyên lý rất đơn giản: khi ngủ, cử động cơ thể là tối thiểu và hiếm gặp. Nếu không phát hiện chuyển động nào, thiết bị sẽ giả định rằng bạn đang ngủ. Phương pháp này có độ chính xác nhất định nhưng dễ dẫn đến sai sót. Ví dụ, nếu bạn nằm yên trên giường và liên tục nhìn điện thoại, phương pháp này cũng có thể ghi nhận đó là thời gian ngủ.
Phương pháp thứ hai kết hợp theo dõi nhịp tim để xác định trạng thái ngủ, sử dụng cảm biến nhịp tim. Nó áp dụng PPG (Chụp ảnh thể tích mạch) để thực hiện phát hiện HRV (Biến thiên nhịp tim). Phương pháp này chính xác hơn so với việc chỉ dựa vào cảm biến gia tốc.
Phương pháp thứ ba sử dụng phân tích CPC để phát hiện giấc ngủ. Nguyên lý bao gồm việc tận dụng mối quan hệ liên kết giữa ECG (điện tâm đồ) và hô hấp trong lúc ngủ để xác định toàn diện các trạng thái thức, ngủ nhẹ và ngủ sâu. Hiện tại, phương pháp này mang lại độ chính xác cao hơn và có thể giảm tỷ lệ chẩn đoán sai, ví dụ như khi người dùng bị bệnh hoặc giữ yên nhưng vẫn còn thức (như đã đề cập trước đó). Tuy nhiên, cách tiếp cận này thường chỉ xuất hiện trên các sản phẩm thiết bị đeo thông minh cao cấp và có giá thành cao hơn; nói chung không được sử dụng trên các mẫu vòng giá trăm nhân dân tệ hoặc đồng hồ dưới một nghìn nhân dân tệ.
4. Giám sát nồng độ oxy trong máu (SpO2): Cảm biến quang học
Như đã đề cập trước đó, nguyên lý tương tự như theo dõi nhịp tim: mô-đun ở mặt sau, ép sát vào da, phát ra ánh sáng, và một điện trở quang sẽ phát hiện các dao động của ánh sáng bị máu hấp thụ một phần để phân tích tình trạng oxy trong máu. Điểm khác biệt là quá trình này thường sử dụng ánh sáng hồng ngoại và dễ bị ảnh hưởng bởi nhiều yếu tố gây nhiễu. Do đó, độ chính xác của việc theo dõi SpO2 trên các thiết bị dạng vòng/bền đeo tay có hạn và chỉ nên được dùng tham khảo.
5. Điều chỉnh độ sáng màn hình: Cảm biến ánh sáng xung quanh
Tương tự như chức năng điều chỉnh độ sáng tự động trên điện thoại thông minh, chức năng này sử dụng cảm biến ánh sáng xung quanh để phát hiện mức độ ánh sáng môi trường, đảm bảo độ sáng màn hình được điều chỉnh tự động sao cho người dùng dễ nhìn thấy rõ.
6. Thức tỉnh màn hình khi nhấc cổ tay: Cảm biến gia tốc và con quay hồi chuyển
Chức năng này phát hiện trạng thái đeo đồng hồ/vòng tay bằng cách sử dụng cảm biến gia tốc và con quay hồi chuyển, thường liên quan đến các thuật toán phức tạp. Việc xác định thao tác "nhấc cổ tay" bao gồm đánh giá vị trí thiết bị, sự thay đổi hướng màn hình và các yếu tố khác để đảm bảo đây là cử chỉ đánh thức thiết bị một cách chủ đích, từ đó tránh hao pin không cần thiết do kích hoạt màn hình vô tình.
7. Định vị Toàn cầu và Ghi lại Tuyến đường Hoạt động: Cảm biến GPS
Giống như GPS trên điện thoại, đồng hồ thông minh được trang bị mô-đun tương tự có thể tự định vị và theo dõi tuyến đường hoạt động. Tuy nhiên, mô-đun chức năng này tương đối đắt tiền và ít phổ biến trên các vòng đeo tay giá rẻ; nó thường xuất hiện hơn trên các đồng hồ thể thao chuyên nghiệp.
8. Phát hiện Nhiệt độ Cơ thể: Cảm biến Nhiệt độ
Nguyên lý phát hiện rất đơn giản: sử dụng các thermistor và cảm biến nhiệt độ độ chính xác cao để thực hiện việc theo dõi nhiệt độ cơ thể đơn lẻ hoặc liên tục. Tính năng này thường thấy trên các đồng hồ thông minh theo dõi sức khỏe (ví dụ: các thiết bị đo huyết áp/đường huyết) ra mắt trong những năm gần đây, đóng vai trò là một chức năng hỗ trợ.
9. Theo dõi huyết áp và đường huyết: Các mô-đun cảm biến tương ứng đa dạng và phức tạp, có thể chỉ dựa vào thuật toán
Hai chức năng theo dõi chính này đang bắt đầu hướng tới lĩnh vực khám sức khỏe y tế, hướng đến người dùng trung niên, cao tuổi và những người có nhu cầu theo dõi sức khỏe đặc biệt. Tuy nhiên, độ chính xác của các chức năng này thay đổi đáng kể.
Lấy ví dụ đồng hồ thông minh hỗ trợ theo dõi huyết áp, hiện tại các loại đồng hồ thông minh thông thường chỉ dựa vào cảm biến quang học để ước tính dải giá trị dựa trên trạng thái nhịp tim được phát hiện. Những mẫu sử dụng nguyên lý đo dao động thực sự thì đáng tin cậy hơn nhiều. Các đồng hồ này phải tích hợp một túi khí nhỏ trong dây đeo cổ tay khi đo. Phương pháp này ít nhất có thể tạo ra các giá trị mang ý nghĩa tham khảo.
Về đồng hồ theo dõi đường huyết không xâm lấn, đây hiện đang là tính năng rất thiếu chuẩn hóa. Hầu hết đều dựa vào cảm biến quang học kết hợp thuật toán để đưa ra ước tính, chỉ nên xem đây là giá trị tham khảo cho việc theo dõi sức khỏe hàng ngày.
EN