Os smartwatches modernos evoluíram para poderosos dispositivos em miniatura para monitoramento da saúde. Há apenas 20 anos, os dispositivos vestíveis contavam apenas passos, mas hoje, uma ampla gama de sensores está disponível em nossos pulsos – desde a medição do pulso e dos níveis de oxigênio no sangue até a realização de um eletrocardiograma. Recentemente, a HUAWEI apresentou o relógio WATCH 5 com um inovador sensor X-TAP, o que se tornou um bom motivo para seguir o caminho do desenvolvimento de sensores.
Do pedômetro de Leonardo da Vinci aos primeiros rastreadores de condicionamento físico
A ideia de um contador de passos vestível remonta a antes da eletrônica. Leonardo da Vinci é conhecido por ter criado o conceito de um pedômetro mecânico no século XV e, no final do século XVI, dispositivos mecânicos de pulso para contagem de passos realmente apareceram. Um grande avanço na contagem de passos ocorreu em meados da década de 1960, quando o médico japonês Iwao Oya se preocupou com a baixa mobilidade de seus compatriotas e propôs uma solução: todos deveriam dar 10.000 passos por dia. Em 1965, o engenheiro Yuri Kato da Yamasa lançou o Manpo-Kei, o primeiro pedômetro comercial para 10.000 passos. O dispositivo causou verdadeira sensação. E embora estudos subsequentes tenham mostrado que o número de 10.000 passos é bastante aleatório, ele sobreviveu até hoje. De fato, o pedômetro mecânico se tornou o primeiro dispositivo de fitness vestível, e o conceito de atividade diária se tornou a base para todos os futuros rastreadores.
Manpo-Kei
Outro passo importante no desenvolvimento da eletrônica vestível foram os sensores para atletas. Em 1982, a empresa finlandesa Polar começou a produzir monitores cardíacos de tórax – cintos com um sensor de frequência cardíaca que transmitia dados para um receptor de relógio. Isso permitiu que os atletas monitorassem sua frequência cardíaca durante o treino diretamente no pulso, o que foi revolucionário para a época: em vez de sensações subjetivas, os atletas recebiam dados objetivos sobre o trabalho do coração, o que aprimorava a análise do treino e dos resultados. Assim, na década de 1980, surgiram duas tecnologias-chave de sensores vestíveis: pedômetros para atividade geral e monitores cardíacos para monitorar a intensidade das cargas.
O surgimento das pulseiras fitness: acelerômetros e monitores ópticos de frequência cardíaca
Com o rápido desenvolvimento da eletrônica e a miniaturização dos sensores, os dispositivos vestíveis começaram a ficar mais inteligentes. Os rastreadores de condicionamento físico superaram os pedômetros primitivos e adquiriram sensores digitais. Assim, um rastreador de movimento típico do início da década de 2010 já continha um acelerômetro de três eixos (para contar passos e estimar a distância percorrida) e um altímetro (barômetro) para contar os andares subidos. Esses sensores permitiam estimar a velocidade e a distância percorrida, o consumo de calorias e também monitorar a duração e a qualidade do sono com base nos movimentos do corpo. Uma das pioneiras nisso foi a Fitbit: suas primeiras pulseiras contavam passos e mediam a qualidade do sono, motivando os usuários a se movimentarem mais por meio da criação de metas de passos e recompensas virtuais. Ao mesmo tempo, em 2006, a Nike, juntamente com a Apple, lançou o sensor Nike+iPod – um pedômetro para tênis que transmitia dados para um iPod player, o que marcou a moda do rastreamento digital de corrida e permitiu que você compartilhasse suas conquistas nas redes sociais.
Nike+iPod
Em 2010, os avanços em smartphones e sensores abriram caminho para a adoção em massa de dispositivos portáteis de fitness — tornou-se tecnicamente possível integrar vários sensores em uma pulseira compacta e sincronizar grandes quantidades de dados com aplicativos de smartphone em tempo real. Uma grande melhoria foi a transição da contagem mecânica de passos para acelerômetros eletrônicos precisos, que registram os passos com muito mais precisão do que os mecanismos de mola dos pedômetros mais antigos. A adição de um sensor barométrico tornou possível medir mudanças de altitude — por exemplo, contar quantos lances de escada um usuário subiu em um dia.
Xiaomi Mi Band
Monitores de frequência cardíaca foram gradualmente integrados às pulseiras fitness. Inicialmente, a pulsação era medida apenas por cintas peitorais, mas os usuários queriam se livrar das tiras desconfortáveis. A solução veio na forma de um sensor óptico de pulsação (PPG) – LEDs verdes e um fotodetector que detecta as alterações no fluxo sanguíneo nos capilares do pulso. Os primeiros modelos de monitores ópticos de pulsação de pulso surgiram por volta de 2012-2013. E em 2014, várias marcas implementaram simultaneamente um monitor óptico de pulsação em seus dispositivos vestíveis.
Primeira onda de smartwatches: foco em fitness
Em meados da década de 2010, os dispositivos eletrônicos vestíveis deram um salto quântico com o lançamento de relógios inteligentes completos. Os primeiros relógios inteligentes do início da década de 2010 (como o Pebble) desempenhavam principalmente as funções de enviar notificações para o pulso e rastreamento básico, mas rapidamente esses dispositivos começaram a monitorar ativamente a atividade e a saúde do usuário.
Seixo
Em 2013-2014, smartwatches Android Wear e Tizen (Samsung Gear, Moto 360, LG, etc.) chegaram ao mercado, e quase todos incluíam um monitor cardíaco óptico para monitoramento 24 horas por dia, 7 dias por semana. O surgimento desses produtos fez com que o monitoramento da frequência cardíaca se tornasse um recurso padrão dos smartwatches.
Samsung Gear Fit
O preenchimento de pulseiras fitness também progredia em paralelo. Em 2014, a Microsoft lançou a pulseira Microsoft Band, que se tornou um excelente exemplo de integração do máximo de sensores. Este gadget era uma verdadeira combinação de saúde: continha 10 sensores diferentes, incluindo GPS para rastrear a rota, um acelerômetro e giroscópio para medir a atividade, um sensor óptico PPG para medição contínua da frequência cardíaca, um sensor de luz ambiente e um sensor ultravioleta para avaliar o nível de radiação solar, um termômetro, um sensor de toque capacitivo e até mesmo um sensor de condutividade da pele (GSR) para ler o suor e avaliar o estresse. Tal conjunto é impressionante até mesmo para os padrões modernos.
Banda Microsoft
Ou seja, já em meados da década de 2010, os dispositivos vestíveis aprenderam a monitorar de forma abrangente a condição de uma pessoa. Além disso, funções de segurança úteis surgiram nos relógios – por exemplo, a detecção de quedas. Os relógios modernos são capazes de reconhecer, por uma aceleração característica acentuada, que uma pessoa caiu e, se ela não se mover, notificam automaticamente parentes ou serviços de emergência.
Funções médicas: ECG e oxímetro de pulso no pulso
Uma nova rodada de evolução de sensores vestíveis começou quando relógios inteligentes passaram de tarefas puramente de condicionamento físico para medições médicas. O evento-chave foi a introdução da função ECG (eletrocardiograma) em 2018. A Apple foi a primeira a fazer isso em seu Watch Series 4 — o relógio recebeu eletrodos na tampa traseira e na coroa — fechando o circuito com um toque de dedo, o usuário poderia fazer um ECG de canal único diretamente no pulso. Os dados do ECG eram imediatamente analisados em busca de sinais de arritmia e, se um problema fosse detectado, o relógio emitia um aviso ao usuário. Essa função abriu uma nova era na medicina digital preventiva: milhares de pessoas conseguiram detectar distúrbios do ritmo cardíaco a tempo e consultar um médico antes que isso levasse a consequências graves. Agora, sensores de ECG semelhantes também estão disponíveis em relógios de outras empresas, incluindo HUAWEI, Samsung, Fitbit e outras marcas.
HUAWEI Band 6 com sensor SpO₂
Outra inovação importante do final da década de 2010 foi o oxímetro de pulso, um sensor de nível de oxigênio no sangue (SpO₂). Anteriormente, esse recurso era encontrado apenas em dispositivos médicos, mas a miniaturização tornou possível integrar os LEDs vermelhos ou infravermelhos e fotodiodos necessários aos relógios. Alguns relógios esportivos (por exemplo, o Garmin para alpinistas) começaram a ser equipados com um oxímetro de pulso por volta de 2018, mas esse recurso se generalizou um pouco mais tarde. Em 2020, a HUAWEI lançou o HUAWEI Watch GT 2e, seu primeiro relógio com sensor de SpO₂. No mesmo ano, esse sensor também apareceu no Apple Watch.
A saturação de oxigênio no sangue é um indicador importante do funcionamento do sistema respiratório. Relógios inteligentes podem monitorar continuamente a SpO₂ durante o sono e indicar prontamente possíveis episódios de apneia (interrupção temporária da respiração durante o sono). Além disso, o oxímetro de pulso se tornou extremamente popular durante a pandemia de COVID-19, quando muitas pessoas infectadas apresentavam baixos níveis de oxigênio antes mesmo do aparecimento de sintomas graves. Assim, o relógio ajudou muitas pessoas a procurar ajuda médica rapidamente.
Vale ressaltar que as tecnologias para medição óptica de pulso e oxigênio vêm melhorando ano após ano. Por exemplo, a Apple precisou usar um sistema complexo de LEDs verde, vermelho e infravermelho de diferentes comprimentos de onda e quatro fotodiodos, além de algoritmos inteligentes, para melhorar a precisão das leituras em diferentes tipos de pele. Outros fabricantes também desenvolveram suas próprias soluções: LEDs mais potentes, novos esquemas ópticos para que os sinais de pulso e saturação sejam estáveis mesmo quando a mão está em movimento ou no frio. Os sensores modernos aprenderam a fazer medições não apenas a pedido do usuário, mas também em segundo plano, ligando-se periodicamente à noite ou em repouso para coletar dados para estatísticas de saúde de longo prazo. Por exemplo, um relógio pode registrar os níveis de oxigênio todas as noites e construir um gráfico para ajudar a detectar desvios ou medir a variabilidade da frequência cardíaca (VFC) durante o sono – um indicador-chave da recuperação do corpo.
Além de medir o pulso e os níveis de oxigênio no sangue, os relógios inteligentes começaram gradualmente a dominar outras métricas médicas. Por exemplo, alguns modelos aprenderam a medir indiretamente a pressão arterial. A Samsung implementou uma função de avaliação da pressão da onda de pulso: o relógio realiza uma série de medições com um sensor PPG e calcula a pressão arterial com base na mudança na forma do sinal, mas um tonômetro comum ainda é necessário para calibração a cada duas semanas.
HUAWEI RELÓGIO D
A HUAWEI seguiu o caminho inverso e desenvolveu o modelo Watch D com um manguito inflável em miniatura na pulseira. O relógio possui uma microbomba integrada que infla o manguito, imitando o princípio de um tonômetro clássico. O usuário precisa apenas relaxar a mão e, em cerca de 2 minutos, o relógio receberá as leituras da pressão sistólica e diastólica. Embora a precisão dessa solução ainda seja inferior à dos tonômetros médicos de tamanho normal, ela fornece um bom valor aproximado. De fato, o próprio relógio informará se a pressão estiver fora da faixa normal e o aconselhará a fazer uma medição completa ou consultar um médico.
Novos Indicadores de Saúde: Estresse, Temperatura e Composição Corporal
Na década de 2020, os dispositivos vestíveis continuaram a expandir seus parâmetros de monitoramento. Os desenvolvedores prestaram atenção a aspectos como estresse e bem-estar geral, temperatura corporal, índice de massa corporal, etc. Por exemplo, o já mencionado sensor de condutividade da pele (GSR) encontrou aplicação na avaliação dos níveis de estresse. Relógios inteligentes podem registrar as menores alterações na transpiração no pulso associadas à reação do sistema nervoso. Em 2020, o Fitbit Sense se tornou um dos primeiros dispositivos do mercado de massa com um sensor EDA (Atividade Eletrodérmica) — o dispositivo determinou mudanças na condutividade da pele. Algoritmos calculam o índice de estresse e até sinalizam quando fazer uma pausa e exercícios respiratórios. Alguns relógios (por exemplo, Garmin, Apple) usam a variabilidade da frequência cardíaca (VFC) para isso, medida pelo mesmo sensor PPG: alto estresse é expresso em uma diminuição na VFC. De uma forma ou de outra, agora os eletrônicos vestíveis não apenas contam os passos, mas também tentam observar nosso estado emocional.
Além disso, cada vez mais relógios inteligentes aprenderam a medir a temperatura nos últimos anos. Parece difícil para um relógio determinar a temperatura corporal: o pulso não é a melhor área para medições. No entanto, os fabricantes introduziram sensores de temperatura da pele que podem rastrear suas mudanças relativas, com base nos quais você pode detectar febre ou hipotermia. E o mais recente Apple Watch, usando um sensor de temperatura, rastreia as mudanças de temperatura à noite e determina as fases do ciclo menstrual nas mulheres.
Samsung Galaxy Watch 4
O avanço da Samsung na análise da composição corporal também merece destaque. Em 2021, o Galaxy Watch 4 foi equipado com um sensor BIA (análise de impedância bioelétrica), semelhante aos usados em balanças inteligentes. Ele funciona passando um impulso elétrico fraco pelo corpo, e a resistência do tecido é usada para calcular qual proporção da massa é gordura, músculo, água e tecido ósseo. A Samsung implementou isso usando eletrodos nos botões laterais do relógio e na tampa traseira: o usuário segura ambos os botões com dois dedos, fechando o circuito através do corpo. Estudos mostraram que os dados do relógio se correlacionam com os resultados de analisadores profissionais em 97–98%.
Por fim, os sensores vestíveis modernos vão além dos indicadores puramente humanos e podem ler dados ambientais. Por exemplo, alguns relógios possuem um sensor de nível de luz para ajustar automaticamente o brilho da tela e estimar a quantidade de luz natural recebida, uma bússola para orientação e até mesmo um sensor de profundidade e pressão da água, permitindo que o relógio seja usado durante mergulhos. Assim, vários sensores agora cabem em um pequeno dispositivo, o que exigiria uma gaveta inteira de dispositivos há apenas algumas décadas.
X-TAP é um novo ramo da evolução dos sensores nos relógios HUAWEI
Em meados de maio, a HUAWEI apresentou o smartwatch WATCH 5, que estreou o módulo HUAWEI X-TAP. Ele está localizado na lateral da caixa do relógio e inclui vários sensores simultaneamente: um sensor de ECG, um oxímetro de pulso e um sensor de fotopletismograma de dedo. Essa combinação permite uma análise abrangente da condição do usuário simultaneamente.
Módulo X-TAP no smartwatch HUAWEI Watch 5
Tudo o que você precisa fazer é colocar o dedo no sensor e mantê-lo ali, o que iniciará uma verificação abrangente dos seus indicadores de saúde – uma espécie de mini-check-up: pulso, ECG, nível de oxigênio no sangue, nível de estresse, temperatura da pele, bem como um diagnóstico de rigidez arterial e uma verificação do sistema respiratório (você precisa tossir várias vezes durante a medição).
Curiosamente, o oxímetro de pulso na ponta do dedo no módulo HUAWEI X-TAP funciona mais rápido do que o localizado na parte traseira da caixa do relógio (e funciona em segundo plano) – o novo sensor leva cerca de dez segundos para medir os níveis de SpO₂ e a frequência cardíaca. Além disso, alguns testes mostram que o sensor no X-TAP funciona com mais precisão – as medições são menos sujeitas a distorções causadas pelos movimentos do pulso e, em geral, a onda de pulso na ponta do dedo é mais pronunciada.
Além disso, o sensor X-TAP oferece opções de controle adicionais para o dispositivo. Ele reconhece diversos gestos e toques, como toque duplo, deslizar e pressionar com diferentes forças, o que torna a interação com o relógio intuitiva e conveniente. Por exemplo, você pode atender uma chamada, alternar entre faixas de música ou controlar a câmera do smartphone. Graças ao processador neural dedicado, todos os gestos são lidos com alta precisão, complementando com sucesso a tela sensível ao toque tradicional, tornando a interação com o relógio ainda mais conveniente. Além disso, a HUAWEI também implementou um elemento de entretenimento: através do X-TAP, você pode iniciar mostradores animados e jogos simples – uma série especial de toques é suficiente.
Portanto, o X-TAP da HUAWEI não é apenas um novo nível de monitoramento médico, mas também um sistema avançado de interação com dispositivos eletrônicos vestíveis, expandindo significativamente suas capacidades e conveniência na vida cotidiana.
Finalmente
Portanto, o módulo X-TAP do HUAWEI Watch 5 pode ser considerado um novo passo na evolução dos sensores em dispositivos eletrônicos vestíveis. Em apenas uma década, os relógios inteligentes passaram da simples contagem de passos para a capacidade de realizar um ECG, medir oxigênio, pressão, estresse e muitos outros parâmetros a qualquer momento. E fizeram isso discretamente: milhões de pessoas usam esses dispositivos todos os dias, praticamente sem sentir sua presença, enquanto protegem sua saúde em segundo plano.
É claro que o progresso não para. Em um futuro próximo, veremos sensores ainda mais avançados — a indústria já está trabalhando em glicosímetros não invasivos que podem medir os níveis de açúcar no sangue sem furos. Mas já é óbvio: os eletrônicos vestíveis revolucionaram a medicina preventiva e o condicionamento físico. O monitoramento diário da atividade e do sono nos ajuda a ter mais energia e disciplina. O monitoramento constante da pulsação e da pressão arterial permite detectar desvios no tempo e prevenir doenças. E, em caso de emergência, os relógios inteligentes podem literalmente salvar vidas, pedindo ajuda ou alertando o usuário. Tudo isso se tornou possível graças à própria evolução dos sensores.