Z laboratoře na zápěstí: První systém ke sledování výživových údajů pro hodinky Samsung Galaxy Watch

Začalo to jednoduchou otázkou: Co kdyby se daly v reálném čase pomocí obyčejných hodinek měřit všechny podstatné údaje o výživě uživatelů?

A teď máme i odpověď, jmenuje se Antioxidační index a najdeme ji na hodinkách Galaxy Watch8. Kdysi to vypadalo jako sci-fi, dnes se jedná o obyčejnou technologii, kterou si může pořídit každý. Stačí pět vteřin skenovat palec a systém přesně načte hladinu karotenoidů. Vůbec poprvé v historii lze tedy takhle jednoduše měřit nutriční hodnoty v organismu.

Za tímto účelem bylo zapotřebí miniaturizovat profesionální laboratorní senzory a zachovat jejich dokonalou přesnost. Ze skladby jídelníčku se tak stává regulérní měřitelný údaj, který lze použít při plánování zdravějšího života. Posunutí laťky v celém oboru nositelné technologie si ovšem vyžádalo roky intenzivního výzkumu a vývoje, spoustu prototypů, a ještě větší množství usilovné práce.

Posunutá laťka v monitorování jídelníčku

V roce 2018 si Samsung všiml zajímavého problému: sice pomocí nositelné technologie umíme změřit každý krok a kalorii, ale neexistuje jednoduchý způsob, jak změřit, nakolik náš jídelníček ovlivňuje naše zdraví. Pro podrobnější výživové údaje člověk musel podstoupit sérii drahých a časově náročných laboratorních testů, což si většina lidí nemohla ani nechtěla dovolit.

Dnes lidé žijí déle než dřív a tím se přesouvá i jejich pozornost – už nejde jen o to prodloužit život, všem záleží na tom, aby tu prodlouženou část prožili dostatečně kvalitně.

„V tomhle kontextu antioxidace samozřejmě lidi zajímá, protože jde o metodu, jak stárnutí zpomalit,“ vysvětluje dr. Hyojee Joung, expert na výživu z Národní univerzity v Soulu¹, který částečně vedl vývoj celé technologie. „Pokud řízení antioxidace zanedbáme, začnou se v těle hromadit reaktivní formy kyslíku neboli ROS, které zvyšují riziko chronických onemocnění, například kardiovaskulárních chorob, cukrovky nebo rakoviny.“

Po tomhle zjištění se z antioxidantů stala základní položka, na kterou se Samsung zaměřil. Technici i vědci se soustředili hlavně na karotenoidy – nejdůležitější antioxidanty a prokazatelné indikátory dostatečného přísunu ovoce a zeleniny. Cílem bylo vyvinout natolik malé zařízení, aby se dalo nosit na zápěstí, ale zároveň muselo být dostatečně výkonné, aby z komplexní sady dat vytvořilo jednoduché informace pro každého.

První prototyp spektroskopického senzoru pro měření antioxidantů

Verze senzoru připravená pro klinické testy

Prototyp pro využití v kosmetických produktech

Výzva č. 1: Jak zmenšit senzor z laboratorní verze na náramkovou

Od prvního dne naráželi pracovníci Samsungu při práci na nositelném zařízení na jeden velký problém, a to doslova: tradiční metody pro měření karotenoidů (např. Ramanova spektroskopie) jsou sice neinvazivní a přesné, ale využívají lasery a vyžadují velké laboratorní přístroje, které se s sebou rozhodně nosit nedají. První úkol zněl tedy jasně – zmenšit senzor tak, aby nebyl větší než mince.

Po sedmi letech pečlivého testování a vylepšování od výroby prvního prototypu miniaturní senzor konečně vznikl. Základem je průlomová technologie, která využívá LED diody s větším množstvím vlnových délek v kombinaci se speciálním fotodetektorem. Měření karotenoidů je zcela přesné a podařilo se splnit i požadavky na rozměry.

„Podařilo se nám jedinečným způsobem spojit spektroskopii odrazivosti s LED diodami, což znamená možnost miniaturizace zařízení, aniž bychom museli obětovat přesnost měření,“ vysvětluje Jinyoung Park, vývojář z týmu pro digitální zdraví v Samsung Electronics.

LED-PD moduly senzoru pro měření antioxidantů

Na rozdíl od laserů s jejich ostrou a úzkou vlnovou délkou je vlnová délka LED diod širší. Vývojáři analyzovali, kolik světla vstřebá pokožka při různé vlnové délce pomocí fotodiod,² a upravili systém tak, aby hodinky měřily úroveň karotenoidů s maximální přesností. Vyspělé algoritmy se neustále v reálném čase kalibrují a převádějí data na přehledné údaje pro běžné uživatele.

Testovací prostředí na hodinkách

Výzva č. 2: Jak zařídit, aby technologie fungovala u všech uživatelů

Vytvoření miniaturního senzoru představovalo zásadní milník, ale hned za rohem čekal další velký úkol – jak zařídit, aby senzor fungoval přesně a spolehlivě u všemožných typů pleti.

To rozhodně není jednoduché, třeba melanin v tmavší pleti způsobuje silné interference, které měření ovlivňují. Technici Samsungu proto vymysleli alternativní řešení – k měření se používá špička prstu, nikoli zápěstí (na špičkách prstů je melaninu minimum bez ohledu na etnický původ). Přidali i další šikovné funkce – prst je nutné při měření na senzor zlehka přitlačit, což dočasně snižuje průtok krve a interferenci hemoglobinu. Výsledky jsou tudíž ještě o něco přesnější.

Důkladných zkoušek v Samsung Medical Center³ se účastnily stovky dobrovolníků a ukázalo se, že senzory fungují správně. Tím se otevřela cesta k zařízení, které z laboratoří vykročilo k uživatelům po celém světě a nabídlo nesmírně užitečné funkce pro každodenní život.

Jak to funguje

Karotenoidy jsou přírodní červené, žluté a zelené pigmenty s běžným výskytem v ovoci a zelenině. Tělo je samo produkovat neumí, úroveň karotenoidů v organismu tedy jasně svědčí o přísunu ovoce a zeleniny v jídle.

A právě tady se uplatní antioxidační index, který rozděluje množství karotenoidů do tří kategorií:

• Velmi nízké: méně než 50 % denní doporučené dávky podle WHO (400 g).
• Nízké: 50-100 %.
• Optimální: 100 % nebo víc.

„Karotenoidy v pokožce metabolizují a postupně se ukládají do tkání, krátkodobé výkyvy v příjmu ovoce a zeleniny se tedy v celkovém skóre okamžitě neprojeví,“ vysvětluje dr. Hyojee Joung. „Výzkum ukazuje, že zvýšený příjem karotenoidů vede k významnému nárůstu těchto látek v pokožce zhruba za týden až dva, což z antioxidačního indexu dělá cenný nástroj pro sledování dlouhodobých a konzistentních stravovacích návyků.“

Na index mají vliv i další faktory související s životním stylem – kvalita spánku, stres či fyzická aktivita. Díky tomu jde o velmi dobrý indikátor celkového zdravotního stavu. V kombinaci s dalšími funkcemi Galaxy Watch8 (spánkové koučování, sledování fyzické aktivity, monitoring cévní zátěže apod.) tak antioxidační index nabízí holistický pohled na tělesnou i duševní pohodu a uživatel může vykročit na cestu ke zdravějšímu stárnutí.

Antioxidační index změří za několik vteřin stav karotenoidů v těle, stačí přitisknout palec na senzor na zadní straně hodinek Galaxy Watch8. Důležité zdravotní informace se okamžitě objeví na displeji spárovaného telefonu Samsung Galaxy.

Nové cesty ke zdraví

„Nové nositelné senzory mohou hrát důležitou roli v budování zdravých stravovacích návyků – díky nim se dozvíte, zda konzumujete dostatečné množství ovoce a zeleniny,“ říká profesor Yoonho Choi ze Samsung Medical Center. „V dlouhodobém horizontu tak mohou sloužit jako prevence některých typů rakoviny a dalších nemocí obvyklých ve vyšším věku, což z nich dělá efektivní nástroj pro zachování zdraví do stáří.“

Na antioxidanty se v poslední době upírá stále větší pozornost, jejich výzkum probíhá ale jen v omezeném množství, protože se antioxidanty obtížně měří. Antioxidační index na hodinkách Galaxy Watch8 je v tomto ohledu jedním z nejvyspělejších nástrojů na současném trhu.

Samsung dokáže měřit hladinu antioxidantů natolik přesně, že to odborníci považují za standard pro budoucí výzkum. Znamená to průlom v monitorování zdravotních údajů obecně. Samsung pomáhá uživatelům včas odhalit možná rizika a proaktivně chránit zdraví, což představuje chytřejší a proaktivnější cestu k wellness neboli celkové fyzické i duševní pohodě uživatelů. Zároveň se ukazuje, že nositelná zařízení budou hrát v preventivní zdravotní péči stále důležitější roli.

¹ Národní univerzita v Soulu je přední korejská akademická instituce.

² Fotodiody jsou polovodiče měnící světlo na elektrický signál.

³ Samsung Medical Center v jihokorejském Soulu je přední zdravotnické zařízení známé svou špičkovou péčí o pacienty, pokročilými lékařskými technologiemi a specializovanými centry, mezi něž patří komplexní onkologická střediska či centra protonové terapie.