راز پایش ۲۴ ساعته ضربان قلب در اپل واچ سری ۱۲ بدون افت باتری

شرکت اپل در شهریور ۱۴۰۵ (سپتامبر ۲۰۲۶) از ساعت‌های هوشمند جدید خود یعنی Apple Watch 12 و Apple Watch Ultra 4 رونمایی کرد. یکی از چشمگیرترین پیشرفت‌های این نسل، توانایی اندازه‌گیری نبض کاربر در هر ۵ ثانیه در تمام طول شبانه‌روز است که دقتی تا ۶۰ برابر بیشتر از مدل‌های پیشین ارائه می‌دهد. این ارتقا که با تغییرات گسترده در سخت‌افزار و نرم‌افزار همراه بوده، به ارزیابی ۲۴ برابری تغییرپذیری ضربان قلب (HRV) برای سنجش استرس و بازیابی بدن نیز کمک می‌کند.

پرسش اصلی این است که چنین پایش فشرده‌ای چطور شارژ باتری دستگاهی را که معمولاً به شارژ روزانه نیاز دارد، تحلیل نمی‌برد؟ تیم‌های مهندسی سخت‌افزار و سلامت در اپل از چگونگی دستیابی به این تعادل سخن گفته‌اند؛ قابلیتی که طبق ادعای گزارش پژوهشی اپل، دقیق‌ترین پایش ضربان قلب در میان تمامی گجت‌های پوشیدنی را به ارمغان آورده است.

نور بیشتر و حسگرهای بزرگ‌تر برای افزایش دقت

همهٔ حسگرهای اپتیکال مچ دست بر پایه‌ای مشترک کار می‌کنند: ال‌ای‌دی‌ها نور را به پوست می‌تابانند، خون بخشی از این نور را جذب می‌کند و فوتودیودها میزان نور بازتاب‌یافته را می‌خوانند. با این حال، فضای فیزیکی پشت ساعت بسیار محدود است و حرکات مداوم مچ دست به‌ویژه در تمرین‌های قدرتی، چالش بزرگی در برابر ثبت داده‌های دقیق ایجاد می‌کند.

در مدل‌های قدیمی‌تر اپل واچ، هشت نقطهٔ کوچک در قالب یک دایره قرار داشت که چهار تای آن‌ها نورهای سبز، قرمز و فروسرخ می‌تاباندند و چهار تای دیگر بازتاب نور را دریافت می‌کردند. در اپل واچ سری ۱۲، این چینش کاملاً تغییر کرده است:

• چهار ال‌ای‌دی صرفاً نور سبز ساطع می‌کنند که بهترین بازدهی را برای فعالیت‌های ورزشی و شرایط پرنور روز دارد.
• چهار ال‌ای‌دی دیگر نور قرمز و فروسرخ می‌تابانند و هنگامی که کاربر بی‌حرکت است یا خوابیده، وارد عمل می‌شوند تا هم مزاحمتی ایجاد نکنند و هم میزان اکسیژن خون را بسنجند.

ال‌ای‌دی‌های جدید بزرگ‌تر و روشن‌تر هستند و جای گیرنده‌های قبلی را گرفته‌اند؛ بنابراین اپل آن‌ها را با حلقه‌ای از هشت فوتودیود ذوزنقه‌ای‌شکل در اطراف ال‌ای‌دی‌ها احاطه کرده است.

کریستال زیرکونیای جدید در بخش پشتی

بزرگ‌تر شدن حسگرها زمانی فایده دارد که نور تابانده‌شده از ال‌ای‌دی‌ها به‌خوبی مهار شود و نشت نکند. برای پیشگیری از تداخل نوری، اپل پوشش کریستالی پشت ساعت را دوباره طراحی کرد تا نور مستقیماً به پوست هدایت شود و سنسورها را مختل نکند.

Eugene Kim، معاون مهندسی سخت‌افزار اپل، در این باره می‌گوید:

«ما زیرکونیای قرمز و سفید را با حرارت و فشار زیاد ترکیب کردیم. این قطعهٔ منحصربه‌فرد بخش‌های مات و شفاف مجزا دارد که به ما کمک می‌کند منبع نور را از منبع گیرنده کاملاً تفکیک کنیم؛ زیرا هدف ما دیدن بازتاب نور از خون است، نه پرتوهای پراکندهٔ ال‌ای‌دی.»

این پوشش جدید با فرآیندی دومرحله‌ای (Double-shot) قالب‌گیری شده و جایگزین روش قدیمی چسباندن کریستال‌ها به یکدیگر شده است. در نتیجه یک لایهٔ یکپارچه و صیقلی تشکیل شده که عایق بی‌نقصی در برابر نشت نور است.

معمای مصرف باتری؛ راز کارایی انرژی چیست؟

یکی از گلایه‌های همیشگی در مقایسه اپل واچ با محصولاتی مانند Garmin یا Coros، دوام کوتاه‌تر باتری آن بوده است؛ از همین رو اپل نمی‌خواست ارتقای ثبت ضربان قلب به قیمت کاهش طول عمر باتری تمام شود.

Eugene Kim توضیح می‌دهد که تمرکز اصلی روی بهینه‌سازی مصرف بوده است:

«ما از دستاوردهایمان در زمینه ضربان قلب AirPods که آن هم محصولی بسیار حساس به مصرف انرژی است استفاده کردیم و رویکردهای یادگیری ماشین (Machine Learning) آن را به ساعت آوردیم تا بازدهی الگوریتم‌ها افزایش یابد و انرژی کمتری مصرف شود.»

Steve Waydo، مدیر بخش سنجش سلامت اپل، نیز اضافه می‌کند که بازدهی سیستم جهش بزرگی داشته است:

«در تمرینات ورزشی، دقت بالای پایش در بازه‌های پنج‌ثانیه‌ای حفظ شده اما این کار با مصرف برقی بسیار کمتر به دست آمده است. این یعنی کاربران می‌توانند جلسات تمرینی طولانی‌تری ثبت کنند، بدون اینکه نگران خالی شدن باتری باشند.»

در آزمون‌های عملی نیز در یک دویدن ۷۵ دقیقه‌ای پرفشار، تنها ۶ درصد از شارژ Apple Watch Ultra 4 مصرف شد که نشان از پایداری چشمگیر این سازوکار دارد.

پایش مداوم ضربان قلب چه کمکی به کاربران می‌کند؟

اندازه‌گیری روزانه و شبانه داده‌های HRV شاخصی به نام «آمادگی» (Readiness) را در برنامه Health بین ۱ تا ۱۰ تولید می‌کند که نشان می‌دهد بدن تا چه حد پس از تمرینات قبلی بازیابی شده است. این معیار برای برنامه‌ریزی فشار تمرینات روزانه بسیار کارآمد خواهد بود.

دکتر Asha Chesnutt، از پزشکان تیم سلامت اپل، دربارهٔ مزیت‌های این ویژگی برای عموم افراد می‌گوید:

«پایش پیوسته ضربان قلب در بیمارستان‌ها یک بخش حیاتی است. برای کاربران عادی نیز این داده‌ها تصویر روشنی می‌سازد؛ مثلاً کم‌آبی بدن یا نوشیدن قهوهٔ زیاد و اضطراب ناشی از آن روی ضربان قلب اثر می‌گذارد. حتی پیش از آنکه تب کنید یا علائم بیماری پدیدار شود، ضربان قلب و HRV تغییراتی نامحسوس نشان می‌دهند و این قابلیت به کاربران کمک می‌کند بدن خود را بهتر بشناسند.»

سنجش دقت در برابر رقبا و نوارهای قفسه سینه

اپل اعلام کرده است که سیستم جدید سنجش سلامت با تراشهٔ S11، دقیق‌تر از رقبایی همچون Garmin Forerunner 970، Google Pixel Watch 4، Huawei Watch 5، Samsung Galaxy Watch 8، Whoop 5 و Oura Ring 5 عمل می‌کند.

در بررسی‌های میدانی و مقایسه داده‌ها با نوار قفسه سینه Garmin HRM600 و ساعت Garmin Fenix 9 Pro Solar، ساعت اپل عملکردی بسیار شبیه به نوارهای تخصصی سینه نشان می‌دهد، هرچند وقفه‌های کوتاهی در نمودار دیده می‌شود.

دلیل این وقفه‌ها رویکرد سخت‌گیرانهٔ اپل است. Steve Waydo علت را این‌گونه شرح می‌دهد:

«ما از روزهای نخست تصمیم گرفتیم اگر داده‌ای را ارائه می‌دهیم، سنسور باید اطلاعات معتبری برای اثبات آن داشته باشد. سیگنال‌های نوری روی مچ دست همیشه بی‌نقص نیستند. اگر دادهٔ معتبری در لحظه وجود نداشته باشد، ترجیح می‌دهیم به جای نمایش عددی نامطمئن، مقداری نشان ندهیم.»

شبکه عصبی اپل با ترکیب سیگنال‌های نوری و شتاب‌سنج، تخمین ضربان قلب و میزان اطمینان از آن را ارزیابی می‌کند؛ بنابراین در صورت تکان شدید یا جابه‌جا شدن موقت ساعت، ثبت موقتاً متوقف می‌شود تا آمار غلط وارد سیستم نشود.

جمع‌بندی

تغییرات مهندسی اپل در حسگرهای اپل واچ سری ۱۲ و اولترا ۴، مرزهای پایش اپتیکال از روی مچ دست را یک گام به جلو برده است. اگرچه نوارهای قفسه سینه همچنان برای تمرینات اینتروال فوق‌العاده حساس دست‌نیافتنی به نظر می‌رسند، اما دقت این ساعت‌ها برای اکثریت قریب‌به‌اتفاق کاربران و ورزشکاران کاملاً کافی است؛ به‌خصوص که دستیابی به این جزئیات دقیق، بدون هیچ‌گونه افت شارژدهی در طول روز ممکن شده است.

منبع: How Apple Built Watch Series 12 to Track Heart Rate 24/7—Without Nuking Battery Life — www.popularmechanics.com