מה עושה חיישן: מתופעה פיזית לאות חשמלי
כשמכשיר לביש מדווח על דופק, על צעדים או על רמת חמצן, הוא אינו ״יודע״ אותם. יש בתוכו חיישן שמודד תופעה פיזית אחת ומייצר ממנה אות חשמלי, ותוכנה שמפרשת את האות. כדאי להכיר את ארבע משפחות החיישנים העיקריות, מפני שהן מסבירות גם מה מכשיר לביש מסוגל למדוד וגם היכן הוא טועה.
חיישני תנועה: מד-תאוצה וג׳ירוסקופ
המשפחה הראשונה היא חיישני תנועה: מד-תאוצה, שמודד האצה בשלושה צירים, וג׳ירוסקופ, שמודד סיבוב בשלושה צירים. הם דוגמים עשרות פעמים בשנייה — במאגר מחקר מקובל בתחום הדגימה נעשתה בקצב של 50 הרץ — ומייצרים זרם רציף של מספרים. מהם נגזרים ספירת צעדים, זיהוי נפילה, אימון שזוהה אוטומטית וההבחנה הגסה בין שינה לערות.
חיישנים אופטיים: פוטופלטיסמוגרפיה ומדידת-דופק
המשפחה השנייה היא חיישנים אופטיים, והנפוצה שבהם היא פוטופלטיסמוגרפיה. נורית מאירה את העור, ותא אור מודד כמה מן האור הוחזר או נבלע. כל פעימת לב שולחת גל לחץ שמרחיב את כלי הדם הקטנים מתחת לעור, ושינוי נפח הדם משנה את בליעת האור — כך שהעקומה המתקבלת מציגה שיא לכל מחזור לב. מהעיקרון הפשוט הזה נגזרים דופק, שונוּת בין פעימות, קצב נשימה ורוויון חמצן בדם.
חיישנים חשמליים וביולוגיים: ECG וגלוקוז
המשפחה השלישית היא חיישנים חשמליים. אלקטרודות מגע סוגרות מעגל דרך הגוף ומאפשרות רישום אק״ג (ECG) של מוליך יחיד, שהוא מדידה ישירה של הפעילות החשמלית של הלב ולא חישוב עקיף שנגזר ממנה. זו הסיבה שבשעון חכם רישום אק״ג דורש הנחת אצבע על המכשיר, בעוד שמדידת דופק אופטית פועלת ברקע בלי כל פעולה מצד המשתמש.
המשפחה הרביעית היא חיישנים ביולוגיים. חיישן ביולוגי מורכב מרכיב ביולוגי שמזהה חומר מסוים, ממתמר שממיר את אירוע הזיהוי לאות מדיד, וממערכת אלקטרונית שמעבדת ומציגה אותו. הדוגמה המצליחה ביותר מסחרית היא חיישן הגלוקוז: אנזים מחמצן את הגלוקוז, התגובה מייצרת מי-חמצן, והזרם החשמלי הנוצר פרופורציוני לריכוז הסוכר. מחקר ער עוסק כיום בחיישנים גמישים שנצמדים לעור ומנתחים זיעה, שהיא תסנין של פלזמת הדם ומכילה מטבוליטים ומינרלים — משטח מדידה שקל להגיע אליו בלי לחדור לגוף. סקירה אקדמית מ-2023 בכתב-העת Microsystems & Nanoengineering מפרטת את הכיוון הזה: חיישנים אלקטרוכימיים גמישים שמנתחים נתרן, אשלגן, גלוקוז, לקטט ומטבוליטים נוספים ישירות מהזיעה, בזמן אמת.
המגבלות: מה משפיע על הדיוק
מכאן גם המגבלות. מדידה אופטית דרך העור רגישה לתנועה, ותנודות התנועה נחשבות לגורם המרכזי שמונע קריאה מדויקת בזמן פעילות גופנית; מיקום החיישן ואופן הצמדתו משנים את צורת העקומה; והעקומה עצמה שונה מאדם לאדם.
מנהל המזון והתרופות האמריקאי (FDA) פרסם בפברואר 2021 הודעת בטיחות על מדי-חמצן, שבה ציין שדיוק המדידה עלול להיפגע ממחזור דם ירוד, מפיגמנטציה של העור, מעובי העור, מטמפרטורת העור, מעישון ומלק לציפורניים. ההודעה עסקה במכשירים רפואיים, אך אותו עיקרון אופטי בדיוק עומד גם מאחורי המכשירים הצרכניים — ולכן יצרנים נוהגים להציג את מדידת החמצן בשעון כתכונת רווחה ולא ככלי לאבחון מצב רפואי.