OpenMetabolics: Szacowanie wydatku energetycznego za pomocą smartfona noszonego w kieszeni

Dlaczego Twój telefon może zmienić zasady gry w zdrowiu

Aktywność fizyczna to jeden z najprostszych sposobów ochrony zdrowia, a mimo to wciąż trudno dokładnie zmierzyć, ile ruchu wykonuje nasze ciało każdego dnia. Opaski fitness i liczniki kroków dają przybliżone oszacowania, ale często pomijają krótkie wysiłki i błędnie oceniają intensywność. W tym badaniu przedstawiono OpenMetabolics — nowy sposób wykorzystania zwykłego smartfona noszonego w kieszeni spodni do oszacowania, ile energii spalasz w codziennym życiu, co może dać każdemu właścicielowi telefonu dostęp do monitorowania aktywności na poziomie laboratoryjnym.

Przekształcanie telefonów w kieszeni w mierniki aktywności

Główny pomysł OpenMetabolics opiera się na tym, że nogi wykonują większość pracy przy typowych aktywnościach, takich jak chodzenie, wchodzenie po schodach, bieganie czy jazda na rowerze. Gdy telefon leży w kieszeni, jego wbudowane czujniki ruchu rejestrują każdy zamach nogi. Badacze zbudowali system, który obserwuje ten ruch nóg i wykorzystuje go do oszacowania, ile energii zużywają mięśnie. Zamiast polegać na prostym liczeniu kroków czy strefach tętna, system analizuje wzorzec ruchu przy każdym kroku i powiązuje go z zużyciem energii zmierzonym we wcześniejszych eksperymentach laboratoryjnych.

Od surowego ruchu do spalonych kalorii

Aby to zadziałało, zespół musiał najpierw przetłumaczyć chaotyczny ruch z rzeczywistego świata na format, z którego komputer mógł się uczyć. Opracowali algorytmy, które dopasowują orientację telefonu do uda, dzielą ruch na pojedyncze kroki podczas chodzenia lub biegu i redukują każdy krok do zwartego opisu tego, jak poruszała się noga. Następnie wytrenowali model uczenia maszynowego — zbudowany z wielu małych drzew decyzyjnych — na danych od 36 osób wykonujących aktywności w laboratorium, podczas gdy ich rzeczywisty wydatek energetyczny mierzono specjalistycznym sprzętem do analizy oddechu. Model nauczył się związku między ruchem nóg, wielkością ciała i zużyciem energii, co pozwoliło mu później szacować spalanie energii dla każdego kroku poza laboratorium.

Lepsze od popularnych urządzeń na ulicach codzienności

Następnie badacze przetestowali OpenMetabolics w warunkach codziennych. Ochotnicy chodzili, biegali, wchodzili po schodach, jeździli na rowerze i chodzili po nachylonym terenie na zewnątrz, nosząc plecakowy system pomiaru oddechu jako źródło wiarygodnych danych oraz powszechnie stosowane urządzenia: smartwatch, monitor tętna, krokomierz, czujnik ruchu przypięty do uda i telefon przypięty do uda. W tych aktywnościach system OpenMetabolics oparty na smartfonie dawał najdokładniejsze oszacowania energii, z około połową skumulowanego błędu wielu istniejących narzędzi. Szczególnie dobrze sprawdzał się podczas zwykłego chodzenia po chodnikach i schodach, gdzie proste liczniki kroków i urządzenia na nadgarstek często mylą powolne, łatwe chodzenie z bardziej wymagającym wchodzeniem po schodach lub chodzeniem po pochyłym terenie.

Naprawianie problemu z „luzem” w kieszeniach

Oczywiście ludzie zwykle nie noszą telefonów przypiętych do uda. W codziennym użytkowaniu telefony przesuwają się w luźnych kieszeniach, tworząc „szum ruchu”, który może zmylić czujniki. Aby to rozwiązać, zespół nagrał dane z chodzenia od osób noszących różne rodzaje odzieży — dżinsy, spodnie dresowe, zwykłe szorty i krótkie spodenki sportowe — przenosząc jeden telefon w kieszeni, a drugi solidnie przypięty do uda. Wytrenowali prosty model korekcji, który uczy się typowego dodatkowego ruchu spowodowanego przemieszczeniem telefonu w kieszeni i go usuwa. Zredukowało to błędy ruchowe o ponad jedną czwartą i usunęło większość uprzedzeń w oszacowaniach energii między rodzajami ubrań. Gdy badacze zasymulowali setki kombinacji osób i ubrań, skorygowane dane z telefonu w kieszeni okazały się tak samo dokładne jak dane z telefonu solidnie przypiętego do uda.

Zobaczyć codzienne życie w szczegółach

Wreszcie zespół przeprowadził tygodniowe badanie domowe, w którym uczestnicy po prostu nosili telefon badawczy w kieszeni w godzinach czuwania. OpenMetabolics dostarczał oszacowania energii niemal dla każdego kroku, ukazując bogate wzorce w ciągu dni i tygodni. Ujęto, ile ruchu skupia się wokół godzin dojazdów, jak różnią się poziomy aktywności między osobami i jak zużycie energii spada w niedziele w porównaniu z dniami roboczymi — zgodnie z trendami obserwowanymi w większych badaniach populacyjnych. Ponieważ cały system jest zaimplementowany jako aplikacja, a dane i kod są otwarcie udostępnione, w zasadzie można go użyć w dużych grupach ludzi w różnych środowiskach, w tym w społecznościach, które nie mają dostępu do drogich urządzeń medycznych.

Co to oznacza dla codziennego zdrowia

Dla osób niebędących ekspertami morał jest prosty: badanie pokazuje, że zwykły smartfon w kieszeni może blisko śledzić, ile energii spalasz, krok po kroku, dorównując specjalistycznemu sprzętowi laboratoryjnemu i przewyższając wiele popularnych urządzeń ubieralnych. Udostępniając metody i oprogramowanie jako open source, autorzy mają nadzieję, że badacze, klinicyści i organy zdrowia publicznego będą mogli prowadzić duże, niskokosztowe badania, które wreszcie wyjaśnią, jak ruch w prawdziwym życiu kształtuje zdrowie, ryzyko chorób i skuteczność leczenia. W dłuższej perspektywie narzędzia takie jak OpenMetabolics mogą pomóc w dostosowywaniu zaleceń dotyczących ćwiczeń, projektowaniu miast, wspieraniu programów kontroli wagi i rehabilitacji oraz przynieść wysokiej jakości monitorowanie aktywności ludziom, którzy nigdy nie mieli opaski fitness.

Cytowanie: 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

Słowa kluczowe: aktywność fizyczna, wydatek energetyczny, czujniki w smartfonie, urządzenia ubieralne zdrowotne, wzorce chodzenia