Sistem yang dibuat dengan dua sensor murah lebih akurat daripada jam tangan pintar untuk melacak kalori yang terbakar selama aktivitas, lapor para peneliti
Dan instruksi untuk membuat sistem sendiri tersedia secara online gratis.
Sementara jam tangan pintar dan ponsel cerdas cenderung mati sekitar 40 hingga 80% saat menghitung kalori yang terbakar selama aktivitas, sistem ini rata-rata melakukan kesalahan 13%.
“Kami membangun sistem kompak yang kami evaluasi dengan beragam kelompok peserta untuk mewakili populasi AS dan menemukan bahwa itu bekerja dengan sangat baik, dengan sekitar sepertiga kesalahan jam tangan pintar,” kata Patrick Slade, seorang mahasiswa pascasarjana di bidang teknik mesin di Stanford. Universitas yang merupakan penulis utama makalah tentang pekerjaan di Alam Komunikasi.
Bagian penting dari penelitian ini adalah memahami kelemahan dasar perangkat wearable lain yang menghitung kalori: mereka bergantung pada gerakan pergelangan tangan atau detak jantung, meskipun keduanya tidak secara khusus menunjukkan pengeluaran energi. (Pertimbangkan bagaimana secangkir kopi dapat meningkatkan detak jantung.) Para peneliti berhipotesis bahwa gerakan kaki akan lebih jitu—dan eksperimen mereka mengkonfirmasi gagasan itu.
Sistem pengukuran baru ini memiliki dua sensor di paha dan betis yang ditenagai oleh baterai dan dikendalikan oleh mikrokontroler, yang dapat diganti dengan smartphone. (Sumber: Andrew Brodhead)
Ada sistem tingkat laboratorium yang dapat secara akurat memperkirakan berapa banyak energi seseorang terbakar selama aktivitas fisik dengan mengukur laju pertukaran karbon dioksida dan oksigen dalam napas. Pengaturan semacam itu digunakan untuk menilai kesehatan dan kinerja atletik, tetapi melibatkan peralatan besar, tidak nyaman, dan bisa mahal.
Sistem baru yang dapat dipakai hanya membutuhkan dua sensor kecil di kaki, baterai dan mikrokontroler portabel (komputer kecil), dan biaya pembuatannya sekitar $100. Daftar dari komponen dan kode untuk membuat sistem keduanya tersedia.
“Ini adalah kemajuan besar karena, hingga saat ini, dibutuhkan dua hingga enam menit dan masker gas untuk memperkirakan secara akurat berapa banyak energi yang dibakar seseorang,” kata rekan penulis Scott Delp, profesor di School of Engineering. “Dengan alat baru Patrick, kami dapat memperkirakan berapa banyak energi yang terbakar di setiap langkah saat seorang atlet Olimpiade berlomba menuju garis finis untuk mengukur apa yang memicu kinerja puncak mereka. Kami juga dapat menghitung energi yang dihabiskan oleh pasien yang pulih dari operasi jantung untuk mengelola latihan mereka dengan lebih baik.”
Kaki, bukan pergelangan tangan
Bagaimana orang membakar kalori itu rumit, tetapi para peneliti memiliki firasat bahwa sensor pada kaki akan menjadi cara sederhana untuk mendapatkan wawasan tentang proses ini.
“Masalah dengan jam tangan pintar tradisional adalah mereka hanya mendapatkan informasi dari pergerakan pergelangan tangan dan detak jantung Anda,” kata rekan penulis Mykel Kochenderfer, seorang profesor aeronautika dan astronotika. “Fakta bahwa perangkat Patrick memiliki tingkat kesalahan yang lebih rendah masuk akal karena mendeteksi gerakan kaki Anda dan sebagian besar energi Anda dikeluarkan oleh kaki Anda.”
Sistem ini sengaja dibuat sederhana. Ini terdiri dari dua sensor kecil — satu di paha dan satu di betis satu kaki — dijalankan oleh mikrokontroler di pinggul, yang dapat dengan mudah diganti dengan smartphone. Sensor ini disebut "unit pengukuran inersia" dan mengukur akselerasi dan rotasi kaki saat bergerak. Mereka sengaja dibuat ringan, portabel, dan berbiaya rendah sehingga dapat dengan mudah diintegrasikan dalam berbagai bentuk, termasuk pakaian, seperti: celana pintar.
Untuk menguji sistem terhadap teknologi serupa, para peneliti meminta peserta penelitian memakainya sambil juga mengenakan dua jam tangan pintar dan monitor detak jantung. Dengan semua sensor ini terpasang, peserta melakukan berbagai aktivitas, termasuk berbagai kecepatan berjalan, berlari, bersepeda, memanjat tangga, dan transisi antara berjalan dan berlari.
Ketika semua perangkat yang dapat dikenakan dibandingkan dengan pengukuran pembakaran kalori yang ditangkap oleh sistem tingkat laboratorium, para peneliti menemukan bahwa sistem berbasis kaki mereka adalah yang paling akurat.
Dengan menguji sistem lebih lanjut pada lebih dari selusin peserta di berbagai usia dan berat badan, para peneliti mengumpulkan banyak data yang digunakan Slade untuk lebih menyempurnakan model pembelajaran mesin yang menghitung perkiraan pembakaran kalori.
Model mengambil informasi tentang gerakan kaki dari sensor dan menghitung—menggunakan apa yang telah dipelajari dari data sebelumnya—berapa banyak energi yang dibakar pengguna setiap saat. Dan, sementara sistem tercanggih saat ini membutuhkan sekitar enam menit data dari seseorang yang terhubung ke topeng dalam pengaturan laboratorium, alternatif jarak bebas ini dapat berfungsi hanya dengan beberapa detik aktivitas.
“Banyak langkah yang Anda ambil setiap hari terjadi dalam waktu singkat 20 detik atau kurang,” kata Slade, yang menyebutkan melakukan tugas sebagai salah satu contoh aktivitas singkat yang sering diabaikan. “Mampu menangkap aktivitas singkat atau perubahan dinamis antar aktivitas ini benar-benar menantang dan tidak ada sistem lain yang saat ini dapat melakukannya.”
Penghitungan kalori sumber terbuka
Kesederhanaan dan keterjangkauan sangat penting bagi tim ini, seperti halnya membuat desain tersedia secara terbuka, karena mereka berharap teknologi ini dapat mendukung orang dalam memahami dan menjaga kesehatan mereka.
“Kami membuka segala sesuatu dengan harapan orang akan menerimanya dan menjalankannya serta membuat produk yang dapat meningkatkan kehidupan masyarakat,” kata Kochenderfer.
Mereka juga percaya bahwa kesederhanaan, keterjangkauan, dan portabilitas sistem ini dapat mendukung kebijakan kesehatan yang lebih baik dan jalan baru untuk penelitian dalam kinerja manusia. Kelompok penelitian yang dipimpin oleh Steve Collins, profesor teknik mesin dan penulis senior makalah ini, sudah menggunakan sistem serupa untuk mempelajari energi yang dikeluarkan dengan sistem robotik yang dapat dipakai yang meningkatkan kinerja.
“Salah satu hal yang paling menarik adalah kami dapat melacak aktivitas yang berubah secara dinamis, dan informasi yang tepat ini akan memungkinkan kami memberikan kebijakan yang lebih baik untuk merekomendasikan bagaimana orang harus berolahraga atau mengelola berat badan mereka,” kata Slade.
“Ini membuka serangkaian studi penelitian baru yang dapat kita lakukan pada kinerja manusia,” kata Delp, yang juga seorang profesor bioteknologi dan teknik mesin. “Berapa banyak energi yang Anda bakar saat Anda berjalan, saat Anda berlari, saat Anda menggunakan sepeda—semua hal itu mendasar. Ketika kami memiliki alat baru seperti ini, ini membuka pintu baru untuk menemukan hal-hal baru tentang kinerja manusia.”
National Science Foundation, National Institutes of Health, dan Stanford Graduate Fellowship mendanai pekerjaan tersebut.
Sumber: Stanford University
Tentang Penulis
