أوبن ميتابولكس: تقدير الإنفاق الطاقي باستخدام هاتف ذكي محمول في الجيب

لماذا قد يكون هاتفك ثورة لصحتك

الحفاظ على النشاط البدني من أبسط الطرق لحماية صحتنا، ومع ذلك لا نزال نواجه صعوبة في قياس مقدار الحركة التي يؤديها جسدنا يومياً بدقة. تقنيات تتبُّع اللياقة ومناظِر الخطوات تعطي تقديرات تقريبية، لكنها غالباً ما تغفل فترات النشاط القصير وتخطئ في تقدير الجهد. تقدم هذه الدراسة OpenMetabolics، نهجاً جديداً لاستخدام هاتف ذكي عادي محمول في جيب البنطال لتقدير كمية الطاقة التي تحرقها في الحياة اليومية، ما قد يوفّر لأي شخص يمتلك هاتفاً إمكانية وصول إلى مراقبة نشاط بدرجة مختبرية.

تحويل الهواتف الجيبية إلى مقاييس نشاط

الفكرة الأساسية وراء OpenMetabolics هي أن ساقيك تقومان بمعظم العمل في الأنشطة الشائعة مثل المشي وصعود السلالم والجري وركوب الدراجة. عندما يكون الهاتف في جيبك، تشعر مستشعرات الحركة المدمجة فيه بكل تأرجح للساق. بنى الباحثون نظاماً يراقب حركة الساق هذه ويستخدمها لتقدير مقدار الطاقة التي تستخدمها العضلات. بدلاً من الاعتماد على عدّات الخطوات البسيطة أو نطاقات معدل ضربات القلب، يدرس النظام نمط الحركة لكل خطوة ويربطه باستخدام الطاقة المقاسة في تجارب مخبرية سابقة.

من الحركة الخام إلى احتراق الطاقة

لجعل هذا العمل قابلاً للتطبيق، اضطر الفريق أولاً إلى تحويل الحركة الحقيقية الفوضوية إلى شكل يمكن للحاسوب أن يتعلم منه. صمموا خوارزميات تُراصف موضع الهاتف مع الفخذ، وتقسم الحركة إلى خطوات فردية للمشي أو الجري، وتختزل كل خطوة إلى وصف مُكثف لكيفية تحرّك الساق. ثم دربوا نموذج تعلّم آلي — مكوّن من العديد من أشجار القرار الصغيرة — على بيانات من 36 شخصاً أجروا أنشطة في المختبر بينما تم قياس الإنفاق الطاقي الحقيقي لديهم باستخدام أجهزة تنفّس متخصصة. تعلّم هذا النموذج العلاقة بين حركة الساق، وحجم الجسم، واستخدام الطاقة، مما مكنه لاحقاً من تقدير الطاقة المحروقة لكل خطوة خارج المختبر.

متفوقاً على الأجهزة الشائعة في الشوارع الحقيقية

بعد ذلك، اختبر الباحثون OpenMetabolics في بيئات يومية. مشى المتطوعون وجَرَوا وصعدوا السلالم وركبوا الدراجة ومشوا على منحدر خارجيًا أثناء ارتدائهم نظام تنفّس على شكل حقيبة ظهر لقياسات الحقيقة الأرضية، إلى جانب أجهزة شائعة: ساعة ذكية، جهاز قياس معدل ضربات القلب، عدّاد خطوات، مستشعر حركة موضوع على الفخذ، وهاتف مربوط بالفخذ. عبر هذه الأنشطة، قدّم نظام OpenMetabolics القائم على الهاتف الذكي أدق تقديرات للطاقة، بحوالي نصف الخطأ التراكمي للعديد من الأدوات الموجودة. كان أداؤه جيداً بشكل خاص أثناء المشي في العالم الحقيقي على الأرصفة والسلالم، حيث كثيراً ما تخلط عدّادات الخطوات البسيطة والأجهزة المعصمية بين المشي البطيء السهل والصعود الشاق أو المشي على منحدر.

حل مشكلة تحرّك الهاتف داخل الجيوب

بالطبع، الناس لا يرتدون عادة هواتف مربوطة بالفخذ. في الحياة الواقعية، يتحرك الهاتف داخل الجيوب الفضفاضة، مما يُنتج "ضوضاء حركة" قد تربك المستشعرات. لحل هذه المشكلة، سجل الفريق بيانات مشي من أشخاص يرتدون أنواعاً مختلفة من الملابس — جينز، بنطال رياضي، شورت عادي، وشورت رياضي — بينما يحملون هاتفاً في الجيب وآخر مربوطاً بإحكام بالفخذ. درّبوا نموذج تصحيح بسيط يتعلّم الحركة الإضافية النموذجية الناتجة عن تحرك الهاتف في الجيب ويطرحها. خفّض ذلك أخطاء الحركة بأكثر من ربع وأزال معظم الانحياز في تقديرات الطاقة عبر أنواع الملابس. عندما قام الباحثون بمحاكاة مئات التركيبات من الأشخاص والملابس، تبين أن بيانات الهاتف المصحّح في الجيب أصبحت دقيقة بنفس قدر بيانات الهاتف المربوط بإحكام.

رؤية الحياة اليومية بتفصيل دقيق

أخيراً، أجرى الفريق دراسة منزلية لمدة أسبوع حمل فيها المشاركون هاتف دراسة في جيبهم أثناء ساعات اليقظة. أنتج OpenMetabolics تقديراً للطاقة لكل خطوة تقريباً، كاشفاً أنماطاً غنية عبر الأيام والأسابيع. التقط كيف تجمّعت الحركة حول أوقات التنقّل، كيف اختلفت مستويات النشاط بين الأفراد، وكيف انخفض استخدام الطاقة أيام الأحد مقارنة بأيام الأسبوع — مطابقة لاتجاهات تُرى في دراسات سكانية أوسع. وبما أن النظام كله مُنفّذ كتطبيق والبيانات والرمز مفتوحان، فيمكن، من الناحية النظرية، استخدامه مع مجموعات كبيرة من الناس في العديد من البيئات، بما في ذلك المجتمعات التي تفتقر للوصول إلى أجهزة طبية مكلفة.

ما الذي يعنيه هذا لصحة الحياة اليومية

لغير المتخصصين، الخلاصة واضحة: تُظهر هذه الدراسة أن هاتفاً ذكياً عادياً في جيبك يمكنه تتبُّع مقدار الطاقة التي تحرقها خطوة بخطوة بدقة قريبة من معدات المختبر المتخصصة وتتفوق على العديد من الأجهزة القابلة للارتداء الشائعة. من خلال جعل الأساليب والبرمجيات مفتوحة المصدر، يأمل المؤلفون أن يتمكن الباحثون والأطباء ومجموعات الصحة العامة من إجراء دراسات كبيرة ومنخفضة التكلفة توضح أخيراً كيف تشكل الحركة في العالم الحقيقي الصحة ومخاطر المرض ونجاح العلاج. على المدى الطويل، قد تساعد أدوات مثل OpenMetabolics في تخصيص نصائح التمرين، توجيه تصميم المدن، دعم برامج إدارة الوزن والتأهيل، وجلب مراقبة نشاط عالية الجودة إلى أشخاص لم يملكوا يوماً متتبّع للياقة.

الاستشهاد: Cho, H., Slade, P. OpenMetabolics: Estimating energy expenditure using a smartphone worn in a pocket. Commun Eng 5, 35 (2026). https://doi.org/10.1038/s44172-026-00604-9

الكلمات المفتاحية: النشاط البدني, الإنفاق الطاقي, استشعار الهاتف الذكي, الصحة القابلة للارتداء, أنماط المشي