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生物辨认技能DIY:健身手环究竟能测些什么?

现在,健身手环逐渐成为受欢迎的礼物。在我个人选礼送礼的过程中,我深入地去研究了这些健身手环,看厂商所炒作的是什么议题。而我发现到,它们基本上

现在,健身手环逐步成为受欢迎的礼物。在我个人选礼送礼的过程中,我深化地去研讨了这些健身手环,看厂商所炒作的是什么议题。而我发现到,它们基本上是一个把现已存在几十年的技能从头包装再上市的产品:一个智能手表中的计步器和心脏监测仪。这让我不由要问,为什么它们会如此地遭到欢迎?

除了报时之外,健身手环可为你做一切的作业(图片来历:brookstone.com)。

我想出了两个答案,第一是手机的应用程序(app)。顾客期望具有一种才能,可以以一种便利而有吸引力的办法来追寻和记载他们的活动层级。其次是不像旧有的技能,这些手环一般可以为顾客带来某种衡量目标,而这是一款简略计步器和心脏监测仪所无法做到的;卡路里的热量、所爬的楼梯数目、“全体的健康”,等等。关于那些想要坚持活动动机的一般人而言,这好是好;但它有一个很大的缺点:假如顾客所做的作业并不是日常的行走和爬楼梯等时,那这些器材就无法精确追寻配带它的人的“健身”状况。换句话说,假如你去健身房和运动,健身手环就无法为运用者精确地追寻其所需求为保持动机的衡量目标。

不过,不要误解我的意思,我并不是说这些健身手环是一种坏的产品或是愚笨的产品。在我看来,任何可促进人们愈加活跃运动、身体更健康的产品,都是功德。可是,这让我想到一种理论上“真实的”健身计。要开宣布一种顾客乐意穿戴的产品,它需求什么?以一只手表的巨细尺度来说,它要可以随时将他或她的身体“计算信息” 读出给手机。这种计算信息是人们在身体查看之后可从医师手中收到的材料,它包含着血液成分、呼吸功率等。直到现在,对此并有没有一个简略的答案。

所以咱们终究可以丈量什么?咱们可以得到什么样的生物辨认技能?咱们又可以怎么运用这些信息?这正是现在DIY电子社群的一项很受欢迎的主题,只需顾客对量测自己的身体有爱好 ,此一主题就会一向遭到欢迎。

让咱们从一个简略的开端 :

心率(心电图)

丈量心率是一件相对简略的作业。在做心电图的状况下,传感器会放置在身体上,它会侦测当心肌安排极化或去极化发生时由心脏所发生的电信号。这会应用在polar heart-rate chest band,而这种chest band可与DIY的电子产品介接。也可以光学的办法来感测心率,一般的作法是将光学传感器置于指尖之上。

这些传感器很廉价,也小得足以塞进手表中。以心率作为输入可以发生许多风趣的方案。

运动

生物辨认技能的运动感应技能与其他的感应运动技能并没有什么不同,一般都是选用加速度计来履行。旧的或较廉价的计步器是机械式的,有一个与每一脚步力气相触摸的钟摆或加剧之簧片开关,但在健身手环的状况下,选用的则是加速度计。该加速度计的数据通过剖析,可用来检测每一脚步的加速度配置文件(profile),关于具有双足的咱们人类来说,此一速度配置文件是共同的。这种传感器相对较小,价格也廉价,而工程困难的部份则是落在加速度数据的剖析。要从一个人的总加速度所发生的噪声数据中推导出一个“脚步”,是一件困难的作业。

高度

高度是另一种可以相对简略地取得的衡量目标。尽管技能上它并不是一项生物目标,但在剖析活动时,它是一项重要的丈量。它一般是运用气压计来感应。跟着高度的添加,空气压力减小,气压传感器很简略地就可检测到这种的改变,且精确度惊人。这是大多数商用健身手环丈量“楼梯台阶”所选用的办法。这些器材会检测一栋建筑物的一个楼层到另一个楼层的气压相对改变,而不是剖析一个人爬楼梯时的加速度计运动配置文件而来检测。这好是好,但假如运用者搭乘电梯时,或在稀有的状况下,搭乘云霄飞车时,就会有问题。

相对而言,这些目标都还算简略。对一般人而言,市面上可以找到许多量测这些目标的设备,且可简单地取得。

让咱们深化地去探究一些比较专业的目标:

肌肉活动(肌电图)

肌电图(electromyography,EMG)是一种用来检测由骨骼肌所发生的电活动的技能。它借着丈量由肌肉纤维所发生的电势来检测肌肉活动。肌肉愈缩短,所发生的电位就愈高。由于在受测的状况下,受损的肌肉会出产非标准的成果,所以肌电图一般会用来确诊肌肉的疾病。 从生物辨认技能DIY的视点来看,它是一种可用来检测肌肉是否被用到之简略办法。对一些风趣的生物反馈方案而言,肌电图是一条快速的快捷办法,例如Advancer Technologies的这个方案(http://www.instructables.com/id/Muscle-EMG-Sensor-for-a-Microcontroller/)。

皮肤传导(电活动)

皮肤传导是皮肤的天分,让它可以为了呼应一个影响而变得愈加或更不导电。一般状况下,愈简略被激动的人,他的皮肤就会变得更具有导电性。由于此一原因,皮肤传导测验是测谎测验中常用的因子之一。而这也是在运用Dianetics E-meter(http://en.wikipedia.org/wiki/E-meter)经常会被量测到的现象。

第7级激动(图片来历:wikipedia.org )。

皮肤传导是一种自律的特质,意味着它是不受毅力操控的,且会依据身体的状况而发生改变。 压力愈大,皮肤传导就愈高。它是另一种价格低廉且易于进行检测的生物辨认技能,所以咱们也将把它塞进咱们理论上的手表中。

现在咱们开端讨论手表中近乎不可能的(nearly-impossible-in-a-wristwatch)目标:

血液化学查验

当你在医师的工作室把血液交给医师时,这些血液会进行许多化学层级和指针的测验,这可供给许多洞悉生物辨认的数据。这些血液会针对化学规模、细胞数目、细胞体积、型式、和恣意数量的反常而进行测验。当在为健身活动进行挑选时,例如饮食、运动、和睡觉等,可持绩性地运用到血液化学数据将是十分称心如意的。不幸的是,为了履行这样的血液测验作业,需求血液。而这不并好玩。更不用说要履行这样一个悉数测验的完好实验室。要把一切这些作业都塞进手表中,是太多了;可是还有一线期望,现代的科学正在开发可以做到这一点的办法。它并不廉价,也不完好,对DIY的人而言,它也不是在手边可用的,但它却是迈出的一步。

这是一个植入设备的原型,可用来查看血液化学(图片来历:gizmag.com )。

消化系统剖析

当进行饮食挑选时,知道你对某些类型食物的消化才能有多好,或你在某些饮食区是有缺点的,是有优点的。胃肠道中细菌的层次和类型可以发生有关当事人全体健康的丰厚信息。不幸的是,这便是生物辨认技能让人有点……不舒服的当地。剖析消化的最好办法是剖析排泄物样品中未被消化的是那一部份。由于此一原因,据我所知,没有人以DIY的办法在做及时的消化剖析(我也回绝在Google上搜索“自己动手做大便剖析”)。该测验是杂乱的,且有点贵重。也令人恶心。可是,有一个新的方案项目,它与23andme DNA方案相似,可针对微生物剖析你个人的“消化样本”,并寄会一份有关你个人生态系统的陈述给你。但这离要从手表读数读出仍然是一段很长要走的路。

呼吸功率

呼吸功率测验可告知你进入你肺部氧气的转化状况。实践的衡量目标会用来剖析二氧化碳和一口气所耗费氧气之间的比率。它是全体呼吸系统健康的一项量测。从理论上讲,一名要履行此测验人员所悉数需求的便是一个二氧化碳传感器和一个氧气传感器,一般的DIY电子爱好者都可简单找到这样的产品。要检测出CO2和O2是否存在,是很简略的一件事。不过,健康查看可不是只需检测到就OK了。咱们需求精确地丈量,所以,这就不是一回事了。当你要进行健康查看,医师可能会进行最大吸取氧气量的测验。这会丈量呼吸及在进行活动时的O2和CO2含量。它看起来像这样:

把它加进到手表(图片来历:wikipedia.org)。

顾客可以买到一个顾客版别的VO2max机器,但它并不廉价,当然,关于DIY的生物辨认电子爱好者也不是很便利。别的,为了取得接二连三的读数,你即将随时随地戴着一个既大且看起来像傻瓜的面具。因而,这就不在咱们手表的考虑之列。

生物辨认技能是如今DIY电子界的一个热门话题。为丈量心率、肌肉活动、和皮肤传导所量身定做的开发板也现已有了(比方Bitalino),并且可以用较低的成原本履行前述的功用。

要让这块开发板直接传送及时的丈量到手机上的“计算板”,并不是一件太困难的作业。尽管咱们未必能丈量到一切身体所发生的有用的生物辨认信息,但咱们现在可以自我丈量一些目标,在曩昔,这些是只要坐在医师的工作室内才可以进行的丈量。我想,这现已是很大的前进了。

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