Per San Valentino, "Listen to Your Heart", ascolta il tuo cuore.
No, non è solo uno dei successi del duo svedese Roxette, ma un trend in crescita nel campo della salute e del benessere.
Rispetto a salute e performance, esistono due categorie di dati da trasmettere: tracciamento dei movimenti (grazie ai sensori MEMS) e dati biologici. Nell'ambito dei dati biologici, il monitoraggio della frequenza cardiaca è l'azione più comune è complicata da progettare.
Il monitoraggio della frequenza cardiaca si serve principalmente di due tecnologie: i sensori a infrarossi e l'elettrocardiografia. L'elettrocardiografo registra l'attività elettrica del cuore in un dato arco temporale, utilizzando elettrodi posizionati sul corpo del paziente. Tali elettrodi rilevano i piccoli cambiamenti elettrici sulla pelle, derivanti dalla depolarizzazione del muscolo cardiaco ad ogni battito. Questo metodo è molto accurato e in grado di rilevare anormalità del cuore, ma non è facilmente utilizzabile in molte applicazioni commerciali, data la presenza degli elettrodi da posizionare sulla pelle.
Il fotopletismografo rappresenta una seconda soluzione. Questa parola tanto complessa descrive, invece, un fatto abbastanza semplice: il sangue è rosso perché riflette la luce rossa e assorbe la luce verde. Grazie alla contrazione e al rilassamento del muscolo cardiaco, il sangue fluisce verso e dal cuore, modificando il flusso del volume sanguigno nelle vene a intervalli regolari. L'assorbimento della luce varia con il flusso e un circuito elettrico misura tali cambiamenti.
Con il fotopletismografo, è possibile utilizzare due metodi: la trasmissione e la riflessione. Il metodo della trasmissione viene utilizzato nelle attrezzature mediche, nelle quali il paziente connette il proprio dito a un piccolo dispositivo inserendo il dito in una pinza. Questa soluzione, naturalmente, non è facilmente applicabile ai dispositivi fitness; la soluzione migliore per i dispositivi indossabili è il metodo della riflessione.
È possibile progettare il dispositivo in modo che disponga di un LED verde o un componente a infrarossi che invia luce in maniera discreta, un fotodiodo che riceve il segnale riflesso, un amplificatore, un ADC e un microcontroller che elabora il segnale. Il segnale ricevuto è nella gamma delle decine di microvolt. Per questo motivo, il segnale deve essere amplificato da un amplificatore operazionale a bassa potenza come il TSU104 di STMicrolectronics.
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Una soluzione integrata rappresenta un'ulteriore opzione. Silicon Labs offre la famiglia Si114x. Si1147-M01 integra un modulo con sensore ottico che fornisce una soluzione optomeccanica altamente integrata per prossimità, luce d'ambiente, frequenza cardiaca, indice UV e tutte le capacità di elaborazione del segnale.
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La progettazione dei dispositivi per la misurazione della frequenza cardiaca è complicata, a causa delle molte fonti di rumore: contrazioni muscolari, contatti con il corpo instabili, colore della pelle, tatuaggi, peluria, ecc.
Una volta conosciuta la frequenza cardiaca, è possibile calcolare il numero di calorie bruciate. Il conteggio delle calorie bruciate durante gli allenamenti, infatti, dipende dalla frequenza cardiaca media e dalla durata dell'allenamento. Gli altri termini utilizzati nella computazione delle calorie sono costanti. Per questo motivo, i dispositivi indossabili possono visualizzare facilmente le calorie bruciate.
Se si desidera costruire il proprio dispositivo di tracciamento per il fitness, esistono diverse equazioni che aiutano a stimare le calorie bruciate a seconda del tipo di attività fisica. Ad esempio, il sollevamento pesi e gli allenamenti cardio utilizzano formule differenti. La seguente equazione standard per gli esercizi cardio proviene dal Journal of Sports Science e offre una formula diversa a seconda del genere:
Per gli uomini:
Calorie bruciate = [(Età x 0,2017) + (Peso x 0,199) + (Frequenza cardiaca x 0,6309) — 55,0969] x Tempo / 4,184.
Per le donne:
Calorie bruciate = [(Età x 0,074) - (Peso x 0,126) + (Frequenza cardiaca x 0,4472) — 20,4022] x Tempo / 4,184.