1. Що вміє фітнес-браслет?
2. Коротка історія шагомеров
3. Як фітнес-браслет вважає кроки?
4. Як працюють ємнісні і п'єзоелектричні акселерометри?
5. Чому фітнес-браслети неправильно рахують кроки?
6. Мій сумний досвід роботи з MGCOOL Band 2
7. Висновок. Як з цим жити?

У цій статті ми розбираємося в тому, як фітнес-браслет вважає кроки, чому він часто вважає їх неправильно, і як цього уникнути.

Фітнес-браслет - дивний винахід. Чому? Тому що він знає про вас більше, ніж ви самі. Можна сказати, він присвячений в найособистіші ваші таємниці. Навіть простий дешевий браслет в курсі того, як багато ви рухаєтеся, як спите і скільки спалюєте калорій. Пристрій, який присутній з вами 24 години на добу, не залишаючи вас навіть уві сні - це дуже інтимно.

І тим більше прикро, коли це таке близьке пристрій починає глючити.

Що вміє фітнес-браслет?

У цій статті я використовую поняття «фітнес-браслет», хоча пристрій для підрахунку кроків не обов'язково надаватися на руку. Це може бути, наприклад, кулон, який надягає на шию або кріпиться на пояс. Але в цілому під фітнес-браслетами я маю на увазі пристрої, що зчитують наші біологічні показники.

За замовчуванням фітнес-трекер вважає ваші кроки, на підставі чого ви можете зробити висновок, наскільки активно проводите свій час. Загальноприйнята думка - для підтримки здоров'я день ви повинні проходити мінімум 10 000 кроків (докладніше про це читайте в моєму експерименті 10 000 кроків для міського жителя ).

Ще дві часто зустрічаються функції фітнес-трекеров- контроль за фазами сну і підрахунок калорій. Залежно від моделі браслет може бути також обладнаний пульсомірів, термометром, альтиметром (датчиком висоти), GPS, секундоміром і іншими фішками, які можуть стати в нагоді і на змаганнях, і в туристичному поході, і просто для розваги і задоволення цікавості.

І все ж для мене основне призначення фітнес-браслета - це підрахунок кроків.

Коротка історія шагомеров

Прототипом шагомеров є одометр - пристрій, яке вважає кількість обертів колеса. Перший одометр був винайдений на початку нашої ери грецьким механіком і математиком Героном Олександрійським. Довгий час одометри використовувалися в картографії і військовій справі для уточнення відстаней, а зараз ви можете побачити їх в будь-якому автомобілі.

Творцем шагомера вважається великий Леонардо да Вінчі. З урахуванням розвитку технологій в роки його життя (середина XV - початок XVI століття) про компактності і зручності мови не йшло - згідно з кресленнями, крокомір вдавав із себе маятниковий механізм, що прикріплюється до поясу (на малюнку - третій креслення). Нам невідомо, чи був реалізований такий крокомір на практиці, або ж залишився, як і багато інших задумки генія, на папері, але, тим не менш, цей пристрій цілком могло б вважати кроки.

У наступні століття крокоміри розвивалися в тому ж напрямку, що і близькі до них по конструкції механічний годинник, але, на відміну від годин, залишалися лише високотехнологічної іграшкою. Крокомір першої половини XX століття зовні був не відрізняється від кишенькового годинника, та й всередині мав схожий механізм - коливання підвішеного вантажу приводили в рух систему шестерень, які, в свою чергу, рухали стрілки, що показують кількість кроків. Пізніше годинникарі стали використовувати принцип роботи шагомера для автоматичного подзавода годин від руху руки.

В народ крокоміри пішли в 1960-х роках з руки японського підприємця Есіро хіта, який став продавати їх під брендом Manpo-Kei, просуваючи ідею про 10000 кроків у день. Його крокоміри все ще були механічними, але з часом механіку витіснила електроніка. В електронних крокомір замість тиску вантажу на пружину, прикріплену до шестерням, стали використовувати зміна ємності конденсаторів або потенціалу (п'єзоелектричний ефект) при механічному впливі. Сам механізм, що реєструє рух всередині шагомера, називається акселерометром.

Як фітнес-браслет вважає кроки?

Тепер про те, як фітнес-браслет вважає кроки. У більшості сучасних фітнес-браслетів за відстеження руху відповідають трикомпонентні акселерометри. Акселерометр - це прилад, що визначає прискорення об'єкта, до якого він прикріплений. Трикомпонентний - значить, прискорення відстежується по трьох осях координат. У деяких моделях на додаток до акселерометру ставлять гіроскопи, які відстежують орієнтацію в просторі.

Не плутайте акселерометр з гіроскопом - це абсолютно різні пристрої. Акселерометр - це прилад, що визначає прискорення. Гіроскоп ж визначає кут, на який змінюється орієнтація предмета в просторі.

Вбудований в надягає на руку фітнес-браслет акселерометр дозволяє зрозуміти, нерухома чи ваша рука або ж рухається з певним прискоренням. Акселерометр постійно вимірює прискорення руху і передає його в мікропроцесор, який обробляє отримані дані і за допомогою спеціального алгоритму намагається зрозуміти, чи пов'язано це рух з вашим переміщенням в просторі (при ходьбі ваші руки рухаються), або ж це просто жест рукою. Деякі трекери можуть навіть відрізняти біг від ходьби.

Коли в фітнес-браслеті присутній гіроскоп, то мікропроцесор отримує повнішу - тривимірну - картину переміщення вашої руки. Завдяки цьому він зможе точніше відокремити руху руки, що виникають при кроці, від рухів, коли ви знаходитесь на одному місці.

Якщо відволіктися від фітнесу, то зв'язка «акселерометр плюс гіроскоп» нам більше знайома по смартфонам - зараз ці два прилади встановлюються за замовчуванням в більшість пристроїв. Це дозволяє, наприклад, струшуванням або повотором смартфона відповідати на дзвінки, гортати сторінки в електронній книзі, перемикати пісні в плеєрі або керувати героєм у відеогрі. І, зрозуміло, смартфони також можуть працювати в ролі шагомеров (мені подобається додаток Noom - воно визначає кроки по легким похитування смартфона при ходьбі).

Проте, в недорогих фітнес-браслетах часто присутня тільки акселерометр. З добре налагодженим ПО трекер і без гіроскопа може досить точно рахувати кроки.

Як працюють ємнісні і п'єзоелектричні акселерометри?

Електричні акселерометри за принципом роботи недалеко пішли від механічних. Я постараюся принципи роботи акселерометрів в максимально спрощеному вигляді, так що не забувайте, що в справжніх пристроях все влаштовано трохи складніше, хоч і працює завдяки тим же законам.

Акселерометри бувають різні, але найбільш поширеними є два види: ємнісні і п'єзоелектричні. Щоб принципи роботи були більш зрозумілі, я намалював просту схему:

У ємнісних акселерометрах чутливим елементом є пластини конденсаторів. Ємність конденсатора обернено пропорційна відстані між пластинами. Коли вантаж, що переміщається при русі, тисне на одну з пластин, відстань зменшується, і, відповідно, збільшується ємність. Мікроконтролер реєструє зміна ємності на виходах акселерометра і розуміє, що сталося рух.

У п'єзоелектричних акселерометрах замість пластин використовуються кристали п'єзоелектричних речовин. Поширеним п'єзоелектриком є ​​кристалічний кварц, але я не впевнений, що саме кварц встановлюється в акселерометрах браслетів. Швидше за все, там щось страшне начебто цирконата-титанату свинцю або чогось подібного.

П'єзоелектричний ефект полягає в поляризації (виникнення різниці потенціалів) матеріалу при деформації. Також, як і в ємкісному акселерометрі, вантаж під час руху тисне на кристал пьезоелектрика, той стискається і генерує різниця потенціалів, яка реєструється потенціометром мікроконтролера.

Чому фітнес-браслети неправильно рахують кроки?

Зараз в світі немає жодного трекера, який покаже вам абсолютно точну кількість кроків.

Чому?

Куди б ви не прикріпили фітнес-трекер, протягом дня ви будете здійснювати непередбачувані руху, частина яких трекер буде помилково визначати як кроки. Водіння автомобіля, прийом їжі, робота з комп'ютерною мишею, наприклад. До того ж, кожен з нас ходить по-своєму, і зараз не існує алгоритму, що враховує особливості будь-ходи і точно відрізняє кроки від не кроків. Наприклад, ось тут людина протестував кілька шагомеров і виклав результати. Похибка підрахунку різними пристроями склала від -30% до + 10%. Забавно, що найбільш точний результат показано фітнес-браслет, а iPhone 5s.

За ідеєю, нічого страшного в невеликій похибки в 5-10% немає, тому що сама суть трекера - не в точних цифрах, а в відображенні обсягу виконаної вами роботи.

Сьогодні ви зробили 8000 кроків, а завтра - 5000, значить, день пройшов неактивно, треба натиснути. На другий день ви прокрокували свою рекомендовану норму в 11000 і можете відпочивати з почуттям виконаного обов'язку. Не бачу сенсу в тому, щоб в повсякденному житті відстежувати свої рухи з точністю до кроку, точно так же, як і немає сенсу при схудненні вважати кожен грам.

Мій сумний досвід роботи з MGCOOL Band 2

Але всьому є межа. Якщо ваш фітнес-браслет серйозно накручує показники, то це зводить все задоволення від його використання нанівець. Для мене показовим прикладом став випадок з браслетом MGCOOL Band 2, який шалено сподобався і за ціною, і за дизайном, і за заявленим характеристикам. До цього у мене вже був досвід використання трекерів, і я очікував деякої похибки в підрахунку кроків, але не думав, що все буде настільки погано.

Я прокинувся з ранку, хвилин десять повалявся в ліжку і подивився на трекер - 25 кроків. Хм. Стало зрозуміло, одягнув шкарпетки - вже 48 кроків. Зробив кілька віджимань - 120 кроків.

Показання трекера для мене стали шоком, і я вирішив його ще потестувати в малорухливому режимі і сів працювати за ноутбук. За півдня млявою ходьби по маршруту зал - кухня - туалет трекер видав мені рекордні ~ 3500 кроків. Частину дня я провів трохи більше активно - погуляв з дочкою, сходив в магазин, поробив домашні справи. Підсумок дня: ~ 12000 кроків.

Я міг би порадіти, але прикріплений до пояса Fitbit Orb видав результат в два рази менше.

Кажуть, що велика похибка - це бич всіх дешевих браслетів. Подібні проблеми були у схожого на MGCOOL Band 2 популярного трекера Xiaomi Mi Band, але вони зважилися після декількох оновлень прошивки браслета. Я почитав форуми - власники перших версій трекера викручувалися як тільки можна - вішали їх на шию, одягали на ногу, намагалися вирахувати «чарівні руху» або просто заспокоювали себе тим, що так і повинно бути.

Не повинно. На мій погляд, подібні проблеми у MGCOOL Band 2 саме через сирої прошивки. Виробникові браслета, компанії Elephone явно потрібно допілівать алгоритм, який відрізняє кроки від не кроків, тому що, власне, кількість кроків в русі трекер визначає більш-менш правильно. У другій версії Xiaomi Mi Band 2 такої проблеми не було спочатку, він вважав кроки більш-менш точно.

Висновок. Як з цим жити?

Чи шкодую я, що імпульсивно, на розпродажі купив MGCOOL Band 2? Скоріше так. Буду сподіватися на те, що вийде нормальна прошивка.

Але як же вибрати фітнес-браслет, який вас не підведе з підрахунком кроків?

У мене склалося враження, що недорогий фітнес-браслет - це кіт в мішку, так що гуглити і читайте відгуки. Для прикладу, після півгодини пошуків в інтернеті і читання статей, відгуків і суперечок на форумах про Xiaomi Mi Band я отримав уявлення про це фітнес-браслеті і те, які підводні камені мене очікують при його покупці. А ось про MGCOOL Band 2 на сьогоднішній день жодної виразної інформації російською мовою немає (та й англійською я знайшов тільки опису). В результаті пристрій, який класно виглядало і мало безліччю корисних функцій, не виконував свою базову задачу і розчарувало мене.

Коли-небудь у нас будуть трекери зі штучним інтелектом, які будуть розуміти, що ви зробили крок, а поки нам залишається сподіватися на точність алгоритмів. Не купуйте фітнес-браслети спонтанно, шукайте будь-яку доступну інформацію, перевіряйте і порівнюйте. А у випадку з недорогими моделями незайвим буде ще й елементарне везіння.