Díky novému modelu strojového učení dokážou chytré hodinky měřit pokročilé metriky chůze se srovnatelnou přesností jako systémy používané v medicíně. Bude to možné díky výzkumu Google Research. O co přesně jde?
Nejprve pozadí. Způsob, jakým klademe nohy před sebe, totiž prozradí o našem zdraví překvapivě mnoho. Rychlost chůze, délka kroku nebo stabilita slouží lékařům jako důležité biomarkery pro posouzení celkové kondice, rizika pádů i postupu neurologických onemocnění. Až do teď vyžadovala přesná analýza těchto dat návštěvu specializované laboratoře s drahým vybavením.
Umělá inteligence a klíčová role výšky
Jádrem nového řešení je systém založený na umělé inteligenci, konkrétně na hlubokém učení. Používá takzvanou časovou konvoluční síť (TCN), která dokáže pracovat s časovými daty. Systém sbírá data ze senzoru, který je připevněn na těle a obsahuje akcelerometr a gyroskop, tedy zařízení měřící pohyb a otáčení. Tato data se zaznamenávají 50krát za sekundu.
Model nakonec dokáže nejen rozpoznat jednoduché události, například kdy člověk došlápne nohou na zem, ale také odhadnout přesné hodnoty související s chůzí, například rychlost nebo délku kroku.
Velmi důležitým údajem, který systém potřebuje ke správnému fungování, je výška uživatele. Výzkumy ukázaly, že když je tato informace vložená do systému, dokáže přesněji odhadnout, jak rychle člověk kráčí nebo jak dlouhý má krok. Pokud výšku neznáme, chyby jsou častější.
Systém kombinuje data z senzorů s touto informací a na základě toho vytváří odhady pro levou i pravou nohu. Díky tomu máte přehled nejen o celkovém pohybu, ale i to, jak jsou pohyby levé a pravé strany těla vyvážené a symetrické.
Co všechno zařízení změří
Nový systém se nezaměřuje jen na počítání kroků. Sleduje pět důležitých věcí, které pomáhají lépe pochopit, jak se člověk pohybuje. První je rychlost chůze (v cm za sekundu). Druhá věc je, jak dlouho člověk stojí s nohama na zemi najednou, což je důležité pro posouzení stability. Třetí je délka kroku u každé nohy zvlášť.
Další dvě věci se týkají času: doba, kdy je noha ve vzduchu (švih), a doba, kdy noha stojí na zemi (opora). Všechny tyto údaje společně pomáhají lékařům i uživatelům sledovat jemné změny v pohybu. Pokud se tyto parametry zhorší, může to upozornit na problémy, například zvýšené riziko pádu u starších lidí nebo potřebu upravit léčbu nebo rehabilitaci.
Rozsáhlé testování na stovkách lidí
Výzkumníci svou teorii nezkoušeli jen na malé skupině nadšenců. Do studie se zapojilo 246 lidí z USA a Japonska, kteří dohromady nasbírali asi 70 000 datových úseků o chůzi. Skupina účastníků byla různorodá a zahrnovala dospělé nad 18 let, kteří nepoužívají žádné pomůcky na chůzi.
Dobrovolníci měli na obou zápěstích hodinky Pixel Watch a také měli při sobě čtyři telefony Pixel umístěné na různých částech těla, aby se porovnalo s měřením hodinek.
Jako srovnávací referenci sloužila profi podložka Zeno Gait Walkway, která přesně měří chůzi. Účastníci na ni chodili různě, pomalu, rychle, i při simulaci nesymetrické chůze pomocí kolenní ortézy, která omezovala pohyb nohy. Výsledky ukázaly, že hodinky mají velmi dobrou přesnost (korelační koeficient Pearson r > 0,80) a jsou velmi spolehlivé. Přitom naměřené hodnoty se statisticky nijak nelišily od těch, které změřily telefony, když byly nošeny v kapse.
Zdroje: