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Smartwatch e fitness tracker: come misurano passi, battito e sonno

Accelerometro, sensore ottico PPG, giroscopio e GPS: come uno smartwatch stima passi, battito e sonno, e perché i numeri vanno letti come tendenze.

Uno smartwatch mostra numeri molto precisi: 8.432 passi, 64 battiti al minuto, 6 ore e 47 minuti di sonno. La precisione apparente delle cifre però non coincide con l'accuratezza della misura. Dietro ogni valore c'è un sensore che rileva qualcosa di indiretto e un algoritmo che lo interpreta. Sapere come funzionano aiuta a usarli bene e a non fidarsi ciecamente.

I sensori dentro il cinturino

Accelerometro e giroscopio

L'accelerometro misura le accelerazioni lungo tre assi; il giroscopio misura le rotazioni. Insieme registrano ogni movimento del polso. Sono la base per contare i passi, riconoscere un allenamento, rilevare una caduta o capire se si è fermi a letto.

Sensore ottico di frequenza cardiaca (PPG)

Sul retro dell'orologio ci sono LED, di solito verdi, e fotodiodi. È la fotopletismografia: la luce entra nella pelle e una parte viene assorbita dal sangue. A ogni battito il volume di sangue nei capillari varia leggermente, e con esso la quantità di luce riflessa. Il dispositivo trasforma queste piccole oscillazioni in una frequenza cardiaca.

Alcuni modelli usano anche LED rossi e infrarossi per stimare la saturazione di ossigeno, sfruttando il diverso assorbimento della luce da parte dell'emoglobina ossigenata e non ossigenata.

Altri sensori

  • GPS o GNSS, per distanza e velocità durante corsa e ciclismo;
  • barometro, per i piani saliti e il dislivello;
  • sensore di temperatura cutanea, usato per osservare variazioni rispetto alla propria media;
  • elettrodi, su alcuni modelli, per registrare un elettrocardiogramma a una derivazione quando si appoggia il dito sulla corona.

Come nascono i numeri

Passi

L'algoritmo cerca nel segnale dell'accelerometro uno schema ripetitivo compatibile con la camminata. Per questo spingere un carrello o un passeggino, con il polso fermo, può far perdere passi, mentre gesticolare o guidare su strade sconnesse può aggiungerne. Su una giornata intera gli errori tendono in parte a compensarsi.

Battito

A riposo il sensore ottico è in genere affidabile. Durante attività intense con movimenti bruschi del polso, come sollevamento pesi, tennis o sport di combattimento, il movimento disturba la lettura e i valori possono essere sfasati. Una fascia toracica, che misura l'attività elettrica del cuore, resta più precisa negli sforzi intensi.

Influiscono anche fattori pratici:

  • un cinturino troppo largo lascia entrare luce esterna;
  • tatuaggi sul polso possono ostacolare il passaggio della luce;
  • il freddo riduce la circolazione periferica e rende il segnale più debole.

Sonno

L'orologio non misura il sonno in senso stretto: lo deduce dall'assenza di movimento, dalla frequenza cardiaca e dalla sua variabilità. Le fasi «leggero, profondo, REM» sono stime ricavate da questi segnali, non una registrazione dell'attività cerebrale. Riconoscere quando ci si addormenta e ci si sveglia funziona piuttosto bene; la suddivisione in fasi va presa con cautela, soprattutto confrontando dispositivi di marchi diversi.

Leggere i dati in modo utile

Il valore di un wearable non sta nel singolo numero ma nella tendenza. Un esempio concreto: se la frequenza cardiaca a riposo è stabile per settimane intorno a un certo valore e poi sale di diversi battiti per qualche giorno, quel cambiamento dice qualcosa sullo stato di forma, sullo stress o su una giornata di sonno scarso.

Qualche regola pratica:

  1. confrontare i dati con sé stessi, non con altre persone;
  2. guardare medie settimanali più che valori giornalieri;
  3. indossare l'orologio sempre nello stesso modo, a un dito di distanza dall'osso del polso;
  4. non cambiare dispositivo e aspettarsi gli stessi numeri: algoritmi diversi danno risultati diversi.

Batteria e privacy

Il GPS e la misurazione continua di battito e ossigeno sono le funzioni che consumano di più. Disattivare la misura continua della saturazione e limitare lo schermo sempre acceso può raddoppiare l'autonomia su molti modelli.

I dati raccolti sono personali e dicono molto delle abitudini: orari di sonno, luoghi degli allenamenti, condizione fisica. Conviene controllare nelle impostazioni dell'app chi può vedere le attività, disattivare la condivisione pubblica dei percorsi e verificare quali app di terze parti hanno accesso ai dati.

In sintesi

  • Accelerometro, giroscopio e sensore ottico PPG sono il cuore di ogni wearable.
  • Il battito ottico è affidabile a riposo, meno durante movimenti bruschi del polso.
  • Le fasi del sonno sono stime derivate da movimento e battito, non misure dirette.
  • I dati servono soprattutto a osservare tendenze personali nel tempo.
  • GPS e misurazioni continue sono le funzioni che consumano più batteria.
MM
Marco Marzaduri

Marco Marzaduri si occupa di cybersecurity, informatica forense e sviluppo web. Laureato in informatica e in psicologia, unisce l'analisi tecnica alla comprensione del fattore umano.

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