Um sistema feito com dois sensores baratos é mais preciso do que smartwatches para rastrear calorias queimadas durante a atividade, relatam os pesquisadores
E as instruções para fazer você mesmo o sistema estão disponíveis gratuitamente online.
Enquanto os smartwatches e smartphones tendem a apresentar erros de cerca de 40 a 80% quando se trata de contar as calorias queimadas durante uma atividade, esse sistema apresenta em média 13% de erro.
“Construímos um sistema compacto que avaliamos com um grupo diversificado de participantes para representar a população dos EUA e descobrimos que ele se sai muito bem, com cerca de um terço do erro dos smartwatches”, diz Patrick Slade, um estudante graduado em engenharia mecânica em Stanford Universidade que é o autor principal de um artigo sobre o trabalho em Natureza das Comunicações.
Uma parte crucial dessa pesquisa foi entender uma deficiência básica de outros wearables que contam calorias: eles dependem do movimento do pulso ou da frequência cardíaca, embora nenhum seja especialmente indicativo de gasto de energia. (Considere como uma xícara de café pode aumentar a frequência cardíaca.) Os pesquisadores levantaram a hipótese de que o movimento das pernas seria mais revelador - e seus experimentos confirmaram essa ideia.
Esse novo sistema de medição conta com dois sensores na coxa e na haste que são alimentados por bateria e controlados por um microcontrolador, que pode ser substituído por um smartphone. (Crédito: Andrew Brodhead)
Existem sistemas de nível de laboratório que podem estimar com precisão quanta energia uma pessoa queimaduras durante a atividade física, medindo a taxa de troca de dióxido de carbono e oxigênio na respiração. Essas configurações são usadas para avaliar a saúde e o desempenho atlético, mas envolvem equipamentos volumosos e desconfortáveis e podem ser caras.
O novo sistema vestível requer apenas dois pequenos sensores na perna, uma bateria e um microcontrolador portátil (um pequeno computador), e custa cerca de US $ 100 para ser fabricado. A lista de componentes e código para fazer o sistema estão disponíveis.
“É um grande avanço porque, até agora, leva de dois a seis minutos e uma máscara de gás para estimar com precisão quanta energia uma pessoa está queimando”, diz o coautor Scott Delp, professor da Escola de Engenharia. “Com a nova ferramenta de Patrick, podemos estimar quanta energia é queimada em cada etapa à medida que um atleta olímpico corre em direção à linha de chegada para obter uma medida do que está alimentando seu desempenho máximo. Também podemos calcular a energia gasta por um paciente em recuperação de uma cirurgia cardíaca para gerenciar melhor seus exercícios ”.
Pernas, não pulsos
Como as pessoas queimam calorias é complicado, mas os pesquisadores suspeitaram que os sensores nas pernas seriam uma maneira simples de entender esse processo.
“Um problema com os relógios inteligentes tradicionais é que eles só obtêm informações do movimento do seu pulso e da frequência cardíaca”, diz o co-autor Mykel Kochenderfer, professor associado de aeronáutica e astronáutica. “O fato de o dispositivo de Patrick ter uma taxa de erro menor faz sentido porque ele detecta o movimento de suas pernas e a maior parte de sua energia está sendo gasta por elas.”
O sistema é intencionalmente simples. Ele consiste em dois pequenos sensores - um na coxa e outro na haste de uma perna - operados por um microcontrolador no quadril, que poderia ser facilmente substituído por um smartphone. Esses sensores são chamados de “unidades de medida inerciais” e medem a aceleração e a rotação da perna enquanto ela se move. Eles são propositalmente leves, portáteis e de baixo custo para que possam ser facilmente integrados em diferentes formas, incluindo roupas, como calça inteligente.
Para testar o sistema com tecnologias semelhantes, os pesquisadores pediram aos participantes do estudo que o usassem enquanto usavam dois smartwatches e um monitor de frequência cardíaca. Com todos esses sensores conectados, os participantes realizaram uma variedade de atividades, incluindo várias velocidades de caminhada, corrida, ciclismo, subir escadas e fazer a transição entre caminhada e corrida.
Quando todos os wearables foram comparados às medições de queima de calorias capturadas por um sistema de nível de laboratório, os pesquisadores descobriram que seu sistema baseado em pernas era o mais preciso.
Ao testar o sistema em mais de uma dúzia de participantes em uma variedade de idades e pesos, os pesquisadores reuniram uma grande quantidade de dados que Slade usou para refinar ainda mais o modelo de aprendizado de máquina que calcula as estimativas de queima de calorias.
O modelo obtém as informações sobre o movimento da perna dos sensores e calcula - usando o que aprendeu com os dados anteriores - quanta energia o usuário está queimando a cada momento. E, embora os sistemas atuais de última geração exijam cerca de seis minutos de dados de uma pessoa conectada a uma máscara em um ambiente de laboratório, esta alternativa livre pode funcionar com apenas alguns segundos de atividade.
“Muitos dos passos que você dá todos os dias acontecem em curtos períodos de 20 segundos ou menos”, diz Slade, que mencionou fazer tarefas como um exemplo de atividade de curta duração que muitas vezes passa despercebida. “Ser capaz de capturar essas atividades breves ou mudanças dinâmicas entre as atividades é realmente desafiador e nenhum outro sistema pode fazer isso atualmente.”
Contagem de calorias de código aberto
Simplicidade e acessibilidade foram importantes para esta equipe, assim como disponibilizar o projeto abertamente, pois eles esperam que essa tecnologia possa ajudar as pessoas a compreender e cuidar de sua saúde.
“Estamos abrindo o código-fonte na esperança de que as pessoas aceitem e executem com ele e façam produtos que possam melhorar a vida do público”, diz Kochenderfer.
Eles também acreditam que a simplicidade, acessibilidade e portabilidade deste sistema podem apoiar melhores políticas de saúde e novos caminhos para a pesquisa em desempenho humano. O grupo de pesquisa liderado por Steve Collins, professor associado de engenharia mecânica e autor sênior deste artigo, já está usando um sistema semelhante para estudar a energia gasta com sistemas robóticos vestíveis que aumentam o desempenho.
“Uma das coisas mais interessantes é que podemos rastrear atividades que mudam dinamicamente, e essas informações precisas nos permitirão fornecer políticas melhores para recomendar como as pessoas devem se exercitar ou controlar o peso”, diz Slade.
“Isso abre todo um novo conjunto de pesquisas que podemos fazer sobre o desempenho humano”, diz Delp, que também é professor de bioengenharia e de engenharia mecânica. “Quanta energia você está queimando ao caminhar, ao correr, ao se exercitar em uma bicicleta - todas essas coisas são fundamentais. Quando temos uma nova ferramenta como esta, ela abre uma nova porta para descobrir coisas novas sobre o desempenho humano. ”
A National Science Foundation, os National Institutes of Health e a Stanford Graduate Fellowship financiaram o trabalho.
Fonte: Universidade de Stanford
Sobre o autor
