Wie funktionieren die Sensoren in Fitnesstrackern und Smartwatches?
Smart Wearables wie Fitnesstracker und Smartwatches sind aus dem modernen Leben nicht mehr wegzudenken. Diese Geräte bieten eine Reihe von Funktionen, darunter Aktivitätstracking, Schlafüberwachung, Gesundheitseinblicke, Benachrichtigungen und Notfallwarnungen. Die Realisierung dieser Funktionen beruht in erster Linie auf eingebetteten Sensoren und Chips.
Die Anatomie einer Smartwatch
Eine Smartwatch besteht aus zahlreichen kleinen Komponenten, die sich im Wesentlichen in zwei Teile unterteilen: das Uhrengehäuse und das Armband. Das Armband kann aus verschiedenen Materialien bestehen, während das Gehäuse wichtige elektronische Elemente enthält: Sensoren, Chips, Batterien, Touchscreens, Displays und mehr. Anders als bei herkömmlichen Uhren basieren die Funktionen einer Smartwatch auf diesen integrierten elektronischen Teilen.
Trotz ihrer kompakten Größe können Smartwatches zahlreiche Funktionsmodule aufnehmen, darunter Hochfrequenzplatinen, Bluetooth-Platinen, WiFi-Platinen, Energieverwaltungsplatinen und verschiedene Sensoren.
Wichtige Sensoren in Smartwatches
Smartwatches nutzen mehrere Sensoren, um Gesundheitsüberwachungs- und Aktivitätsverfolgungsfunktionen bereitzustellen. Hier sind die sieben häufigsten Sensortypen, die in heutigen Smartwatches zu finden sind:
- Beschleunigungsmesser
- Herzfrequenz-Messgerät
- SpO2-Sensor
- Hauttemperatursensor
- EKG-Sensor
- Gyroskop
- GPS
Beschleunigungsmesser
Der Beschleunigungsmesser ist einer der am weitesten verbreiteten Sensoren in Smartwatches. Er misst die Beschleunigung – also die Änderungsrate der Geschwindigkeit. Er kann erkennen, ob sich der Benutzer bewegt, und ist daher eine Standardfunktion aller Smartwatches. Beschleunigungsmesser erfassen beispielsweise Schritte, Distanz und verbrannte Kalorien, indem sie Bewegungen erkennen. Sie messen das Aktivitätsniveau bei verschiedenen Übungen wie Laufen und Gehen.
Darüber hinaus helfen Beschleunigungsmesser Smartwatches dabei, ihre Ausrichtung relativ zur Schwerkraft der Erde zu bestimmen, was eine korrekte Anzeigeausrichtung ermöglicht. Wenn der Benutzer beispielsweise sein Handgelenk hebt, leuchtet das Zifferblatt auf.
Herzfrequenz-Messgerät
Der Herzfrequenzmesser (HRM) ist ein wichtiger Sensor in modernen Smartwatches, der die Herzfrequenz und den Puls des Benutzers erkennt und misst. Die meisten Smartwatches nutzen zu diesem Zweck die Photoplethysmographie-Technologie (PPG). PPG ist eine nicht-invasive Methode, bei der LED-Lichtquellen die Haut beleuchten und optische Sensoren reflektierte Lichtveränderungen erkennen, wodurch der Blutfluss gemessen und die Herzfrequenz berechnet wird.
HRMs liefern Herzfrequenzdaten in Echtzeit und überwachen Herzfrequenzschwankungen während des Trainings, sodass Benutzer ihre Trainingsintensität anpassen können. Durch die langfristige Herzfrequenzüberwachung können Benutzer Trends erkennen und potenzielle Gesundheitsprobleme frühzeitig erkennen.
SpO2-Sensor
SpO2-Sensoren messen die Sauerstoffsättigung des Blutes, also den Anteil des sauerstofftragenden Hämoglobins im Blut. Sie verwenden rotes und infrarotes Licht, das auf die Haut strahlt, und messen den Sauerstoffgehalt anhand der Lichtabsorption. Sauerstoffreiches Hämoglobin absorbiert mehr infrarotes Licht und weniger rotes Licht, während sauerstoffarmes Hämoglobin mehr rotes Licht absorbiert.
SpO2-Sensoren sind für die Überwachung der Atemwegsgesundheit von entscheidender Bedeutung. Durch die Überwachung des Blutsauerstoffgehalts können Benutzer Atemwegserkrankungen wie chronisch obstruktive Lungenerkrankung und Schlafapnoe erkennen. Sportler können diese Sensoren auch verwenden, um Trainingseffekte zu überwachen und während intensiver Trainingseinheiten eine ausreichende Sauerstoffversorgung sicherzustellen.
Hauttemperatursensor
Hauttemperatursensoren messen die von der Hautoberfläche abgegebene Wärmeenergie und geben so Veränderungen der Körpertemperatur wieder, die auf verschiedene Gesundheitszustände oder Umweltreaktionen hinweisen können. Smartwatches mit Hauttemperatursensoren überwachen kontinuierlich subtile Temperaturveränderungen und helfen so bei der Früherkennung von Krankheiten.
Diese Sensoren erfassen nicht nur die tägliche Körpertemperatur, sondern liefern auch Echtzeitdaten bei körperlicher Aktivität. Moderne Smartwatches nutzen Hauttemperatursensoren zur Überwachung der weiblichen Gesundheit, einschließlich der Vorhersage der Periode und des Fruchtbarkeitszyklusmanagements.
EKG-Sensor
Elektrokardiogramm-Sensoren (EKG-Sensoren) messen die elektrische Aktivität des Herzens und erfassen winzige elektrische Signale, die bei jedem Herzschlag erzeugt werden. Durch die Aufzeichnung und Analyse dieser Signale erkennen EKG-Sensoren Herzrhythmusstörungen und andere Herzerkrankungen. Mit EKG-Sensoren ausgestattete Smartwatches ermöglichen eine Echtzeitüberwachung der Herzaktivität und helfen Benutzern, ihre Herzgesundheit zu verstehen.
EKG-Sensoren liefern in Kombination mit anderen Sensoren wie HRMs umfassende Daten zur Herzgesundheit. Durch die kontinuierliche Herzüberwachung können Benutzer Unregelmäßigkeiten frühzeitig erkennen und die erforderlichen Maßnahmen ergreifen.
Gyroskop
Gyroskope messen den Winkel und die Winkelgeschwindigkeit eines Objekts und liefern Daten zur Richtungsänderung. Sie werden häufig mit Beschleunigungsmessern verwendet, um die Positionsgenauigkeit von Smartwatches zu verbessern. Gyroskope erkennen Drehungen und Neigungen und liefern präzise Bewegungsdaten.
Gyroskope erkennen beispielsweise verschiedene körperliche Aktivitäten (Laufen, Radfahren, Schwimmen) und liefern genaue Bewegungsdaten. Sie werden auch in Augmented-Reality-Anwendungen (AR) zur präzisen Richtungs- und Bewegungserkennung eingesetzt.
GPS
Sensoren des Global Positioning System (GPS) verwenden Satellitensignale, um den genauen Standort des Geräts zu bestimmen und Bewegungen zu verfolgen. Sie ermöglichen eine genaue Schrittzählung, Routenplanung für Laufen und Radfahren sowie eine detaillierte Aktivitätsverfolgung. GPS-Sensoren berechnen geografische Positionen, indem sie Satellitensignale empfangen und genaue Bewegungsdaten liefern.
Smartwatches mit GPS-Sensoren helfen Benutzern beim Aufzeichnen von Trainingsrouten, bieten Echtzeit-Navigation und detaillierte Trainingsanalysen. Die GPS-Funktionalität erfordert jedoch einen starken Signalempfang und kann die Akkulaufzeit verkürzen.
Abschluss
Smartwatches haben die Gesundheitsüberwachung durch fortschrittliche Sensortechnologie revolutioniert. Mit der Weiterentwicklung von Sensoren und verwandten Technologien werden Smartwatches weiterhin ausgefeiltere Funktionen zur Gesundheitsüberwachung und Aktivitätsverfolgung bieten.
Durch die Kombination verschiedener Sensoren liefern Smartwatches umfassende Einblicke in die Gesundheit und verbessern so die allgemeine Lebensqualität. Dank kontinuierlicher Innovationen ist die Zukunft der Smartwatch-Technologie vielversprechend und eröffnet neue Möglichkeiten für das Gesundheits- und Fitness-Tracking.
