Un sistema hecho con dos sensores económicos es más preciso que los relojes inteligentes para rastrear las calorías quemadas durante la actividad, informan los investigadores.
Y las instrucciones para hacer el sistema usted mismo están disponibles de forma gratuita en línea.
Mientras que los relojes inteligentes y los teléfonos inteligentes tienden a tener un error de entre un 40 y un 80% cuando se trata de contar las calorías quemadas durante una actividad, este sistema tiene un error promedio del 13%.
"Creamos un sistema compacto que evaluamos con un grupo diverso de participantes para representar a la población de EE. UU. Y descubrimos que funciona muy bien, con aproximadamente un tercio del error de los relojes inteligentes", dice Patrick Slade, estudiante de posgrado en ingeniería mecánica en Stanford. Universidad que es el autor principal de un artículo sobre el trabajo en Nature Communications.
Una pieza crucial de esta investigación fue comprender una deficiencia básica de otros dispositivos portátiles que cuentan calorías: se basan en el movimiento de la muñeca o la frecuencia cardíaca, aunque ninguno es especialmente indicativo de gasto de energía. (Considere cómo una taza de café puede aumentar la frecuencia cardíaca). Los investigadores plantearon la hipótesis de que el movimiento de las piernas sería más revelador, y sus experimentos confirmaron esa idea.
Este nuevo sistema de medición cuenta con dos sensores en el muslo y la caña que funcionan con una batería y están controlados por un microcontrolador, que podría ser reemplazado por un teléfono inteligente. (Crédito: Andrew Brodhead)
Existen sistemas de laboratorio que pueden estimar con precisión cuánta energía una persona quemaduras durante la actividad física midiendo la tasa de intercambio de dióxido de carbono y oxígeno en la respiración. Estas configuraciones se utilizan para evaluar la salud y el rendimiento deportivo, pero involucran equipos voluminosos e incómodos y pueden ser costosas.
El nuevo sistema portátil solo requiere dos pequeños sensores en la pierna, una batería y un microcontrolador portátil (una computadora pequeña), y su fabricación cuesta alrededor de $ 100. La lista de componentes y código para hacer que el sistema esté disponible.
“Este es un gran avance porque, hasta ahora, se necesitan de dos a seis minutos y una máscara de gas para estimar con precisión cuánta energía está quemando una persona”, dice el coautor Scott Delp, profesor de la Escuela de Ingeniería. “Con la nueva herramienta de Patrick, podemos estimar cuánta energía se quema con cada paso mientras un atleta olímpico corre hacia la línea de meta para obtener una medida de lo que impulsa su rendimiento máximo. También podemos calcular la energía gastada por un paciente que se recupera de una cirugía cardíaca para controlar mejor su ejercicio ".
Piernas, no muñecas
La forma en que las personas queman calorías es complicada, pero los investigadores tenían el presentimiento de que los sensores en las piernas serían una forma sencilla de conocer mejor este proceso.
“Un problema con los relojes inteligentes tradicionales es que solo obtienen información del movimiento de la muñeca y la frecuencia cardíaca”, dice el coautor Mykel Kochenderfer, profesor asociado de aeronáutica y astronáutica. "El hecho de que el dispositivo de Patrick tenga una tasa de error más baja tiene sentido porque detecta el movimiento de sus piernas y la mayor parte de su energía se gasta en sus piernas".
El sistema es intencionalmente simple. Consiste en dos pequeños sensores, uno en el muslo y otro en la caña de una pierna, manejados por un microcontrolador en la cadera, que podría ser reemplazado fácilmente por un teléfono inteligente. Estos sensores se denominan "unidades de medida inercial" y miden la aceleración y rotación de la pierna mientras se mueve. Son deliberadamente livianos, portátiles y de bajo costo para que puedan integrarse fácilmente en diferentes formas, incluida la ropa, como pantalones inteligentes.
Para probar el sistema con tecnologías similares, los investigadores hicieron que los participantes del estudio lo usaran mientras también usaban dos relojes inteligentes y un monitor de frecuencia cardíaca. Con todos estos sensores conectados, los participantes realizaron una variedad de actividades, incluidas varias velocidades de caminar, correr, andar en bicicleta, subir escaleras y hacer la transición entre caminar y correr.
Cuando se compararon todos los dispositivos portátiles con las mediciones de quema de calorías capturadas por un sistema de laboratorio, los investigadores encontraron que su sistema basado en piernas era el más preciso.
Al probar más el sistema en más de una docena de participantes en un rango de edades y pesos, los investigadores recopilaron una gran cantidad de datos que Slade utilizó para refinar aún más el modelo de aprendizaje automático que calcula las estimaciones de quema de calorías.
El modelo toma la información sobre el movimiento de las piernas de los sensores y calcula, usando lo que ha aprendido de los datos anteriores, cuánta energía consume el usuario en cada momento. Y, mientras que los sistemas de vanguardia actuales requieren aproximadamente seis minutos de datos de una persona conectada a una máscara en un entorno de laboratorio, esta alternativa de rango libre puede funcionar con solo unos segundos de actividad.
“Muchos de los pasos que da todos los días ocurren en períodos cortos de 20 segundos o menos”, dice Slade, quien mencionó que hacer las tareas del hogar es un ejemplo de actividad de períodos cortos que a menudo se pasa por alto. "Ser capaz de capturar estas actividades breves o cambios dinámicos entre actividades es realmente un desafío y ningún otro sistema puede hacerlo actualmente".
Recuento de calorías de código abierto
La simplicidad y la asequibilidad fueron importantes para este equipo, al igual que hacer que el diseño esté disponible abiertamente, porque esperan que esta tecnología pueda ayudar a las personas a comprender y cuidar su salud.
“Estamos ofreciendo todo en código abierto con la esperanza de que la gente lo tome y lo utilice y fabrique productos que puedan mejorar la vida del público”, dice Kochenderfer.
También creen que la simplicidad, asequibilidad y portabilidad de este sistema podría respaldar una mejor política de salud y nuevas vías para la investigación del desempeño humano. El grupo de investigación dirigido por Steve Collins, profesor asociado de ingeniería mecánica y autor principal de este artículo, ya está utilizando un sistema similar para estudiar la energía gastada con sistemas robóticos portátiles que mejoran el rendimiento.
“Una de las cosas más interesantes es que podemos realizar un seguimiento de las actividades que cambian dinámicamente, y esta información precisa nos permitirá ofrecer mejores políticas para recomendar cómo las personas deben hacer ejercicio o controlar su peso”, dice Slade.
“Abre un conjunto completamente nuevo de estudios de investigación que podemos hacer sobre el desempeño humano”, dice Delp, quien también es profesor de bioingeniería e ingeniería mecánica. “Cuánta energía estás quemando cuando caminas, cuando corres, cuando te esfuerzas en una bicicleta, todas esas cosas son fundamentales. Cuando tenemos una nueva herramienta como esta, se abre una nueva puerta para descubrir cosas nuevas sobre el desempeño humano ".
La Fundación Nacional de Ciencias, los Institutos Nacionales de Salud y una Beca de Posgrado de Stanford financiaron el trabajo.
Fuente: Universidad de Stanford
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