Mažas kompiuteris ant riešo
Kai pirmą kartą užsidedi išmanųjį laikrodį ant rankos, gali pasirodyti, kad tai tik paprastas laikrodis su ekranu. Bet iš tikrųjų ant tavo riešo atsiduria tikras miniatiūrinis kompiuteris, kuris gali daugiau nei daugelis prietaisų, kuriuos turėjome prieš dešimtmetį. Viduje telpa procesorius, atmintis, baterija, daugybė jutiklių ir belaidžio ryšio moduliai – visa tai sugrūsta į korpusą, kuris sveria vos keliasdešimt gramų.
Pagrindinis išmaniojo laikrodžio smegenų centras yra procesorius, dažniausiai specialiai tokiems prietaisams sukurtas. Jis turi būti energetiškai efektyvus, nes baterija čia labai maža – paprastai nuo 200 iki 500 mAh talpos. Palyginti, tavo telefone baterija gali būti 4000-5000 mAh. Todėl kiekvienas komponentas projektuojamas taip, kad vartotų kuo mažiau energijos, bet vis tiek sugebėtų atlikti visas reikalingas užduotis.
Jutiklių armija, kuri seka tave visą parą
Tikrasis išmaniojo laikrodžio stebuklų pasaulis slypi jutikliuose. Šiuolaikiniame laikrodyje gali būti net 10-15 skirtingų jutiklių, kurie nuolat renka informaciją apie tave ir aplinką. Pagrindinis iš jų – akselerometras, kuris fiksuoja judesius trimis erdvės kryptimis. Būtent jis supranta, kada pakeli ranką pažiūrėti laiko, ir automatiškai įjungia ekraną.
Giroskopas papildo akselerometrą, fiksuodamas sukimosi judesius. Kartu šie du jutikliai gali labai tiksliai nustatyti, ką tu darai – ar eini, bėgi, plaukioji, ar tiesiog sėdi vietoje. Magnetometras veikia kaip kompasas, o barometras matuoja oro slėgį, kas leidžia nustatyti, kokiame aukštyje esi. Tai ypač naudinga kopiant laiptais ar kalnais – laikrodis gali suskaičiuoti, kiek aukštų įveikei.
Bet labiausiai įdomus jutiklis yra optinis širdies ritmo daviklis. Jis veikia paprastai, bet genialiai. Laikrodžio apačioje yra maži LED šviesos diodai (dažniausiai žalios spalvos) ir fotojutiklis. Šviesa prasiskverbia pro odą į kraujagysles, o kraujas atspindi šią šviesą skirtingai, priklausomai nuo to, kaip intensyviai teka. Kai širdis plaka, kraujo srautas padidėja, ir atspindėtos šviesos intensyvumas pasikeičia. Fotojutiklis fiksuoja šiuos pokyčius net šimtus kartų per sekundę, o procesorius iš šių duomenų apskaičiuoja tavo pulsą.
Kaip laikrodis supranta, kad miegi
Viena įdomiausių išmaniojo laikrodžio funkcijų – miego sekimas. Kaip tas mažas prietaisas gali žinoti, ar miegi, ir dar nustatyti, kokioje miego fazėje esi? Čia dirba kelių jutiklių komanda kartu su protingais algoritmais.
Pirmiausia, akselerometras fiksuoja, kad ilgą laiką beveik nejudi. Tai pirmas signalas, kad galbūt miegi. Tada širdies ritmo jutiklis pastebi, kad tavo pulsas sulėtėjo ir tapo ramesnis. Kai miegi, širdis plaka lėčiau nei būnant aktyviam. Bet ne tik tai – laikrodis stebi širdies ritmo kintamumą (HRV – heart rate variability). Skirtingose miego fazėse šis kintamumas skiriasi.
Gilaus miego metu širdies ritmas labai stabilus ir lėtas, o REM miego fazėje (kai sapnuoji) jis tampa kintamesnis ir šiek tiek pagreitėja. Kai visa tai sujungiama su judesių duomenimis, laikrodis gali gana tiksliai nustatyti, ar miegi, ir net kokioje miego fazėje esi. Žinoma, tai nėra taip tikslinga kaip medicininė miego laboratorija su elektrodais ant galvos, bet kasdieniniam stebėjimui tikrai pakanka.
Ryšys su išoriniu pasauliu
Išmanusis laikrodis retai dirba vienas. Dažniausiai jis yra susietas su tavo telefonu per Bluetooth ryšį. Tai mažos energijos belaidis ryšys, kuris leidžia prietaisams keistis informacija nesunaudojant daug baterijos. Kai tau ateina pranešimas į telefoną, jis per Bluetooth perduodamas į laikrodį, ir tu jį gauni kaip vibravimą ant riešo.
Kai kurie išmanieji laikrodžiai turi ir Wi-Fi modulį, o pažangesni – net LTE ryšį su SIM kortelės lizdu. Tokiu atveju laikrodis gali veikti visiškai savarankiškai be telefono – skambinti, siųsti žinutes, klausytis muzikos iš interneto. Bet čia yra kompromisas – kuo daugiau belaidžio ryšio naudoji, tuo greičiau išsikrauna baterija.
NFC (Near Field Communication) čipas leidžia naudoti laikrodį kaip mokėjimo kortelę. Tai labai trumpo nuotolio ryšys – reikia prietaisą prilaikyti prie terminalo per kelių centimetrų atstumą. NFC čipas gali veikti net kai laikrodis visiškai išsikrovęs, nes jis gauna energijos iš paties terminalo elektromagnetinio lauko.
Ekranas, kuris turi būti matomas saulėje
Ekranas išmaniajame laikrodyje – tai atskira technologinė problema. Jis turi būti matomas ryškioje saulės šviesoje (skirtingai nei telefono ekranas, kurį gali prisidengti ranka), vartoti minimaliai energijos, bet kartu rodyti ryškius spalvotus vaizdus. Yra kelios pagrindinės ekranų technologijos, kurios naudojamos.
AMOLED ekranai tapo populiariausi aukštesnės klasės laikrodžiuose. Jų privalumas – kiekvienas pikselis šviečia pats, todėl juodas fonas iš tikrųjų yra išjungti pikseliai, kurie nevartoja jokios energijos. Tai leidžia turėti “always-on” režimą, kai laikrodyje nuolat matosi laikas, bet baterija trunka ilgai. Tiesiog rodomas paprastas ciferblatas su daug juodos spalvos.
LCD ekranai pigesnėse modeliuose turi foninio apšvietimo sluoksnį, kuris vartoja energiją net rodant juodą spalvą. Bet jie geriau matomi ryškioje saulėje. Kai kurie sportiniai laikrodžiai naudoja atspindžio tipo ekranus (transflective), kurie veikia panašiai kaip e-knygų skaityklės – kuo daugiau šviesos, tuo geriau matosi, ir jie beveik nevartoja energijos.
Baterija ir energijos valdymas
Baterijos problema – tai didžiausias išmaniųjų laikrodžių skausmas. Kaip į tokį mažą korpusą įdėti pakankamai energijos, kad laikrodis veiktų bent parą? O geriau – kelias dienas? Gamintojai naudoja litio jonų arba litio polimerines baterijas, kurios gali būti labai plonos ir įvairių formų.
Bet svarbiausia čia ne tik baterijos dydis, o protingas energijos valdymas. Procesorius nuolat reguliuoja savo darbą – kai nieko nedarai, jis dirba minimaliu pajėgumu. Kai pradedi treniruotę ir įjungiamas GPS, procesorius pagreitina darbą, bet kiti nereikalingi komponentai išjungiami. Ekranas dažniausiai yra didžiausias energijos vartotojas, todėl jis įsijungia tik kai reikia.
Šiuolaikiniai laikrodžiai turi išmanų įkrovimo valdymą. Dažniausiai naudojamas belaidis įkrovimas – laikrodį tiesiog padedi ant specialaus įkroviklio, ir per indukcijos principą energija perduodama be jokių laidų ar kontaktų. Kai kurie modeliai palaiko greitą įkrovimą, kai per 15-20 minučių gauni energijos visai dienai.
Programinė įranga ir dirbtinis intelektas
Aparatinė įranga – tai tik pusė istorijos. Tikrąją magiją sukuria programinė įranga ir algoritmai. Šiuolaikiniuose išmaniuosiuose laikrodžiuose veikia tikros operacinės sistemos – WatchOS, Wear OS, Tizen ar kitokios. Jos valdoma visa laikrodžio veikla, programėlės, sąsaja.
Bet įdomiausia dalis – tai dirbtinio intelekto algoritmai, kurie mokosi iš tavo elgsenos. Laikrodis pamažu supranta tavo įpročius: kada paprastai keli, kada sportuoji, kokiu laiku eini miegoti. Jis gali pastebėti anomalijas – pavyzdžiui, kad tavo ramybės pulso vidurkis per kelias dienas padidėjo, kas gali reikšti, kad sergi arba per daug treniruojiesi.
Naujausi modeliai turi net vietinius dirbtinio intelekto procesorius (NPU – Neural Processing Unit), kurie gali atlikti sudėtingus skaičiavimus tiesiog laikrodyje, nesiųsdami duomenų į debesį. Tai leidžia greičiau ir privatiau apdoroti tavo sveikatos informaciją.
Ką visa tai reiškia tau kasdien
Grįžkime prie paprasto klausimo – ko visa ši technologija tau iš tikrųjų verta? Išmanusis laikrodis tampa asmeninių sveikatos duomenų centru. Jis žino apie tave daugiau nei tu pats – kiek realiai judi per dieną, kaip gerai miegi, kaip tavo kūnas reaguoja į stresą ar fizinį krūvį.
Praktiškai tai reiškia, kad gali pastebėti dalykus, kurių kitaip nepastebėtum. Pavyzdžiui, kad po tam tikrų maisto produktų tavo ramybės pulsas pakyla. Arba kad geriau išsimiegi, kai eini miegoti iki 23 valandos, o ne vėliau. Kai kurie žmonės net pastebėjo sveikatos problemas – pavyzdžiui, netaisyklingą širdies ritmą – būtent dėka išmaniojo laikrodžio įspėjimų.
Žinoma, svarbu suprasti, kad tai ne medicinos prietaisas. Duomenys yra orientaciniai, nors ir gana tikslūs. Jei laikrodis rodo kažką neįprasto, tai priežastis pasitarti su gydytoju, o ne diagnozė. Bet kaip kasdienis sveikatos ir aktyvumo stebėjimo įrankis – tai neįtikėtinai naudinga technologija, kuri dar prieš dešimtmetį atrodė kaip mokslinė fantastika, o dabar telpa ant tavo riešo ir kainuoja kaip vidutinės klasės telefonas.