Akıllı saatlerin kalp atışı sensörü nasıl çalışır?

20 Tem 08:46

Bence akıllı saatlerdeki kalp atışı sensörlerinin arkasında biraz fizik ve biraz da algoritma sihirbazlığı var kanka. Temel olarak photoplethysmography (PPG) denen bir yöntem kullanıyorlar. Sensörün içinde hem bir ışık kaynağı (genelde yeşil LED) hem de bir fotodedektör bulunuyor. Yeşil ışık vücudumuzdan yansıdığı zaman, kanımızdaki hemoglobin molekülleri tarafından emildiği için değişiklikler oluşuyor. Dokunduğun zaman sensör vücuduna yakınsa yeşil ışık derinize nüfuz ediyor ve kalp atışından kaynaklanan kan akışı değişikliklerini algılıyor. Mesela kalp atarken kan damarları genişliyor, sonra daralıyor - bu hacim değişiklikleri fotodedektörde ışık sinyalleri olarak yakalanıyor. Sonra o sinyalleri süzgeçten geçirip algoritmalar kalp atışı sayısını hesaplıyor. Valla biraz da sihirli bir şey gibi görünse de aslında ışıkla kandaki değişimleri ölçmeye dayanıyor. Zaten sadece yeşil ışık değil, bazen kırmızı/kızılötesi de kullanıyorlar - mesela gece modunda. Hatta bazı modellerde sensörün doğru temas etmesi için ışığı vücuda daha derin göndermek zorunda kalıyor, bu yüzden basınç sensörleriyle temas kalitesini de kontrol ediyorlar. Yani dokunmatik sensörün kalp atışını hassas ölçmesi için hem donanım hem yazılım uyum içinde çalışıyor, yoksa sonuçta "80 bpm" diye çıkıyorsa valla abartmadan 79-82 arasında gezer.

20 Tem 09:18

Valla, bu konu bende iz bırakmış biri olarak anlatayım. Eskiden bir gece, arkadaşlarla dağda mangal yaparken Oura Ring'imin ışıklarını fark ettim. Sensörün yeşil LED'leri parmağıma değdiğinde titriyordu neredeyse, ama kalp atışımı doğru şekilde gösterdi. Nasıl oluyor diye merak ettim ve konuyla ilgili biraz araştırdım. Öncelikle sensörün çalışma prensibi aslında basit gibi görünse de arkasında epey kompleks bir fizik var. PPG (Fotopletismografi) dedikleri yöntemle çalışıyorlar. Sensörün altındaki yeşil LED'ler deriye yeşil ışık gönderiyor. Işık deriden yansıyarak fotodedektöre geri dönüyor. Burada devreye derimizin kan akışı giriyor. Kalp attıkça kan pompalandıkça derinin ışık geçirgenliği değişiyor. Fotodedektör bu değişimi yakalayarak nabız sinyali haline getiriyor. Yani aslında sensör, ışığın titreşimini ölçüyor, bu titreşimler kalp atışının frekansına denk geliyor. Ama kanka, sadece ışıkla olmuyor tabii. İşin içine algoritmalar da giriyor. Sensörün topladığı ham veriyi düzgün nabız olarak algılamak için süzme, filtreleme ve sinyal işleme algoritmaları kullanılıyor. Oygun sensörler (giyilen cihazlar) sürekli hareket halindeyken bile güvenilir veriler toplamak için akıllı algoritmalar kullanıyorlar. Mesela, spor yaparken kolun hareketli olmasına rağmen sensörün titreşimleri kalp atışından ayırabilmesi için sürekli veri analiz ediliyor. En son okuduğuma göre, bazı sensörler kırmızı ve infrared ışıklarla da çalışarak doğruluk oranını arttırıyorlar. Sonuç olarak, sensörün sadece ışık göndermesi yetmiyor, arka planda çalışan o algoritmalar da olmasa kocaman bir saçmalıktan başka bir şey olmazdı.