Como o smartwatch sabe que você está dormindo? A ciência do relógio

As luzes que piscam na parte de trás de um smartwatch parecem simples, mas fazem parte de um sistema capaz de transformar sinais invisíveis do corpo em informações que aparecem na tela. É assim que o smartwatch sabe que você está dormindo e estima frequência cardíaca, oxigenação do sangue e movimentos. Por trás desses recursos está uma combinação de sensores ópticos, acelerômetro, giroscópio e algoritmos de inteligência artificial.

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Nenhum desses componentes, sozinho, consegue dizer se uma pessoa está dormindo, correndo ou em sono REM. A interpretação surge justamente do cruzamento de vários sinais captados continuamente.

Para entender como esse processo funciona, o Canaltech conversou comOtávio Penatti, diretor de Pesquisa e Desenvolvimento em IA para saúde e bem-estar no centro de P&D da Samsung no Brasil, que explicou como os sensores e algoritmos transformam os sinais do corpo em informações compreensíveis para o usuário.

Por que o Galaxy Watch tem luzes verdes na parte de trás?

Um dos principais sensores usados pelo Galaxy Watch é baseado na fotopletismografia, conhecida pela sigla PPG. O princípio é relativamente simples: o relógio emite luz sobre a pele e analisa como ela é absorvida e refletida pelos tecidos.

O sangue interfere nessa resposta óptica. Conforme o coração bate, a quantidade de sangue presente nos vasos próximos à pele muda. Essas pequenas alterações podem ser detectadas pelo sensor.

A luz verde é particularmente eficiente para acompanhar as mudanças no volume sanguíneo relacionadas aos batimentos cardíacos. A partir dessas variações, o relógio consegue estimar a frequência cardíaca.

Outros comprimentos de onda, como o vermelho e o infravermelho, podem fornecer informações complementares. Como a hemoglobina absorve diferentes tipos de luz de maneiras distintas dependendo do nível de oxigenação, esses sinais também podem ser usados para estimar a saturação de oxigênio no sangue (SpO₂). Conforme explica Otávio Penatti:

“As luzes utilizadas pelo sensor óptico permitem acompanhar alterações no fluxo sanguíneo por meio da fotopletismografia, ou PPG."

O smartwatch, portanto, não está literalmente “enxergando” o coração. Ele observa, por meio da luz, mudanças no sangue que circula próximo ao pulso e transforma essas variações em sinais que podem ser processados.

O que o sensor óptico consegue medir?

A fotopletismografia é especialmente útil para acompanhar alterações relacionadas ao fluxo sanguíneo. A partir dela, o relógio consegue estimar a frequência cardíaca e, usando diferentes comprimentos de onda, obter informações que ajudam na estimativa da oxigenação do sangue.

Esses dados também podem ser usados em conjunto com outras métricas. Uma frequência cardíaca de 100 batimentos por minuto, por exemplo, pode ter significados completamente diferentes se a pessoa estiver correndo ou deitada na cama.

É por isso que o sensor óptico não trabalha sozinho. Nos Galaxy Watch, o chamado Sensor BioActive reúne tecnologias para acompanhar diferentes sinais biométricos, enquanto outros sensores ajudam a identificar o comportamento e o movimento do corpo.

“O Sensor BioActive monitora continuamente dados biométricos, enquanto o acelerômetro identifica movimentos e mudanças de posição do pulso”, explica Penatti.

Como o relógio sabe que você está se movimentando?

O acelerômetro e o giroscópio são fundamentais para essa parte. O acelerômetro detecta mudanças de aceleração e movimento em diferentes direções. Já o giroscópio fornece informações sobre rotação e orientação.

Juntos, eles permitem identificar padrões de movimentação muito mais detalhados do que seria possível com um único sensor.

Durante uma corrida, por exemplo, o pulso apresenta movimentos repetitivos. Ao mesmo tempo, a frequência cardíaca tende a aumentar.

O algoritmo pode cruzar essas informações para entender que o usuário está realizando uma atividade física, em vez de interpretar cada alteração como um movimento aleatório.

O mesmo princípio é aplicado durante o sono, quando os movimentos costumam ser menos frequentes e apresentam características diferentes.

Como o Galaxy Watch sabe que a pessoa está dormindo?

O relógio não conclui que alguém está dormindo simplesmente porque a pessoa ficou parada.

Se fosse assim, seria impossível diferenciar alguém dormindo de uma pessoa deitada, imóvel, lendo um livro ou assistindo televisão.

Para estimar o início e o fim do sono, o Galaxy Watch combina movimentação com sinais fisiológicos.

O acelerômetro identifica mudanças de posição e pequenos movimentos, enquanto o sensor óptico acompanha informações como frequência cardíaca e suas variações. Os algoritmos analisam esses sinais ao longo do tempo e procuram padrões associados ao sono.

“Nossos algoritmos para estimar as sessões de sono, que estimam o momento em que você dorme e o momento em que você acorda, possuem elementos para aprender as sutilezas de movimentação que diferenciam alguém que está dormindo de alguém que está praticamente imóvel por longos períodos."

É essa análise conjunta que permite ao relógio fazer uma estimativa mais sofisticada do que simplesmente contar quanto tempo o usuário ficou sem mexer o braço.

Como o relógio identifica sono leve, profundo e REM?

Depois de identificar uma sessão de sono, o sistema tenta determinar em quais estágios do sono o usuário passou durante a noite.

O sono é dividido em diferentes fases, e cada uma possui características fisiológicas e comportamentais próprias. O sono leve, o sono profundo e o sono REM apresentam diferenças em relação à movimentação e a sinais como frequência cardíaca.

O Galaxy Watch não mede diretamente a atividade elétrica do cérebro. Em vez disso, ele observa sinais indiretos que podem estar associados a cada estágio.

“Esses dados são analisados em conjunto para identificar padrões associados às diferentes fases do sono. Cada estágio apresenta características distintas em termos de movimento e resposta fisiológica”, complementa Penatti.

O resultado é uma estimativa da arquitetura do sono, construída a partir dos sinais disponíveis no pulso.

Onde entra a inteligência artificial?

É a inteligência artificial que ajuda a transformar a enorme quantidade de dados coletados pelos sensores em informações que façam sentido para o usuário.

Durante uma noite inteira, o relógio pode registrar milhares de alterações de movimento e sinais fisiológicos. O desafio é descobrir quais dessas mudanças são relevantes e como elas se relacionam.

Os algoritmos de aprendizado de máquina são treinados para reconhecer esses padrões.

Segundo a Samsung, sua solução de classificação dos estágios do sono foi desenvolvida a partir de um conjunto amplo de dados que combina informações de polissonografia, considerada referência clínica para análise do sono, com dados coletados pelo Galaxy Watch. O treinamento e a validação contemplaram mais de 1.500 noites de sono.

“A inteligência artificial tem um papel importante na transformação dos dados capturados pelos sensores em informações que façam sentido para o usuário”, explica o especialista, que também destaca que os algoritmos evoluem continuamente, com melhorias implementadas ao longo do desenvolvimento das soluções.

O smartwatch realmente sabe quando estou em sono REM?

Mas será que o smartwatch realmente sabe quando o usuário está em sono REM? O relógio estima que o usuário está em determinado estágio do sono com base nos sinais disponíveis. Isso é diferente de medir diretamente a atividade cerebral.

Em um exame de polissonografia, diversos sensores são utilizados para analisar o funcionamento do organismo durante o sono, incluindo informações que um smartwatch não consegue obter diretamente.

No Galaxy Watch, o aprendizado de máquina procura padrões na combinação entre movimentos, frequência cardíaca e outros sinais fisiológicos.

“O aprendizado de máquina é a base da nossa solução de classificação de estágios do sono e, nessa solução especificamente, há uma composição de diferentes sinais fisiológicos além da movimentação."

Por isso, o resultado apresentado no aplicativo deve ser entendido como uma estimativa para acompanhamento, e não como um exame clínico.

Como o relógio sabe que a pessoa está correndo?

Durante uma corrida, diferentes sinais do corpo mudam ao mesmo tempo. O acelerômetro e o giroscópio registram os padrões de movimento, enquanto o sensor óptico acompanha o comportamento da frequência cardíaca.

A combinação permite ao algoritmo reconhecer que determinados movimentos estão acontecendo em um contexto de esforço físico.

Essa mesma lógica ajuda a interpretar a frequência cardíaca. Se o coração está acelerado e o usuário apresenta um padrão consistente de movimentação, o contexto é diferente daquele em que a frequência está elevada enquanto a pessoa permanece imóvel. É justamente a combinação de sinais que torna o sistema mais útil.

Como o smartwatch sabe que o coração está acelerado?

O smartwatch sabe que o coração está acelerado por conta do sensor óptico. A cada batimento, o volume de sangue nos vasos próximos à pele sofre uma pequena alteração. A PPG detecta essas mudanças usando luz e transforma o padrão em uma estimativa da frequência cardíaca.

Mas o relógio também pode considerar o que o usuário está fazendo naquele momento. Uma frequência cardíaca elevada durante uma corrida é esperada. Já uma alteração semelhante em repouso pode representar um contexto completamente diferente e merece ser interpretada com mais cuidado.

O smartwatch consegue registrar essas informações, mas isso não significa que consiga determinar sozinho a causa de uma alteração.

Quais outros dados são usados durante o sono?

A análise do sono não depende apenas de frequência cardíaca e movimento. Recursos de saúde do Galaxy Watch podem acompanhar indicadores comovariabilidade da frequência cardíaca, temperatura da pele, frequência respiratória e nível de oxigênio no sangue durante o sono.

Quanto mais sinais podem ser analisados em conjunto, maior é a quantidade de informações disponível para os algoritmos procurarem padrões.

A ideia é semelhante a montar um quebra-cabeça: uma única peça oferece pouca informação, mas várias peças juntas permitem formar uma imagem mais completa.

É essa combinação que ajuda o smartwatch a transformar sinais biométricos em uma interpretação sobre o descanso do usuário.

O smartwatch é tão preciso quanto um equipamento médico?

Mas vale o alerta de que o smartwatch não é tão preciso quanto um equipamento médico. Um smartwatch foi desenvolvido para oferecer monitoramento contínuo no cotidiano, e não para substituir equipamentos utilizados em avaliações clínicas.

A vantagem do relógio está justamente na possibilidade de acompanhar o usuário durante horas, dias e semanas, sem exigir uma estrutura de laboratório.

Já um exame médico pode contar com sensores adicionais, condições controladas e métodos desenvolvidos especificamente para diagnóstico.

Por isso, os dados do Galaxy Watch devem ser vistos como uma ferramenta de acompanhamento e conscientização sobre a própria saúde, e não como substitutos de uma avaliação profissional.

A própria Samsung destaca que recursos como o de apneia do sono não substituem diagnóstico ou tratamento médico, enquanto o Sinais Vitais não tem como objetivo diagnosticar ou tratar doenças.

O que pode afetar a precisão dos sensores?

Como qualquer dispositivo vestível, o Galaxy Watch está sujeito a limitações. O ajuste no pulso influencia a qualidade da leitura óptica. Movimentos durante uma medição também podem interferir nos sinais captados.

Condições individuais de uso podem alterar o resultado. Por isso, uma medição isolada não deve ser interpretada fora de contexto. O grande benefício do smartwatch está na capacidade de realizar medições repetidas e acompanhartendências ao longo do tempo.

Penatti resume essa abordagem ao explicar que a proposta dos dispositivos vestíveis é transformar sinais do corpo em informações úteis para o cotidiano.

Afinal, como o smartwatch “adivinha” o que acontece no corpo?

O smartwatch mede, cruza dados e procura padrões. As luzes verdes, vermelhas e infravermelhas ajudam o sensor óptico a identificar alterações relacionadas ao sangue.

O acelerômetro e o giroscópio registram movimentos e mudanças de orientação. Outros sensores acrescentam informações fisiológicas. Depois, algoritmos de inteligência artificial e aprendizado de máquina analisam tudo isso em conjunto.

É assim que um dispositivo preso ao pulso consegue estimar se o usuário está dormindo, em sono profundo ou REM, caminhando, correndo ou com a frequência cardíaca elevada.

“Uma inteligência artificial que entende a linguagem corporal e age antes que os problemas comecem”, resume Penatti ao descrever a visão da Samsung para o futuro da saúde conectada.

No fim, o smartwatch funciona como uma pequena estação de coleta de dados presa ao corpo. As luzes captam alterações no sangue, os sensores de movimento acompanham o comportamento físico e a inteligência artificial transforma milhões de sinais em padrões compreensíveis.  Dito isso, saiba o melhor smartwatch para comprar hoje: especialistas do Canaltech recomendam.