Популярные умные часы неточно оценивают расход энергии во время физической нагрузки, причём погрешность увеличивается с ростом доли жировой ткани в организме. К такому выводу пришли исследователи Международного университета Флориды, сравнив четыре модели носимых устройств с лабораторным методом измерения энергозатрат. Наиболее стабильные результаты среди протестированных устройств показали Apple Watch Series 8, тогда как Garmin Forerunner 955 и Samsung Galaxy Watch 5 систематически завышали расход энергии. Исследование опубликовано в журнале PLOS One.
Четыре модели часов сравнили с непрямой калориметрией
В исследовании приняли участие 58 взрослых латиноамериканского происхождения в возрасте от 18 до 50 лет. Учёные протестировали Apple Watch Series 8, Fitbit Sense 2, Samsung Galaxy Watch 5 и Garmin Forerunner 955.
Участники выполняли 10-минутную тренировку на горизонтальном велоэргометре. Двухминутные интервалы умеренной интенсивности, соответствовавшие примерно 64–76% расчётной максимальной частоты сердечных сокращений, чередовались с интервалами высокой интенсивности — около 77–95%.
Расход энергии одновременно измеряли с помощью метаболического анализатора COSMED K5. Этот метод основан на непрямой калориметрии — определении энергозатрат по потреблению кислорода и выделению углекислого газа — и использовался в исследовании как эталон для сравнения.
Работу провела группа Джейсона Кострны (Jason Kostrna) из Международного университета Флориды (Florida International University).
Погрешность достигала десятков процентов
Точность часов оценивали несколькими способами. В частности, исследователи рассчитывали абсолютную процентную ошибку — величину расхождения между показанием устройства и лабораторным измерением независимо от того, было значение завышено или занижено.
Медианная абсолютная процентная ошибка в зависимости от устройства составляла примерно 15–25%. Средняя абсолютная ошибка находилась примерно в диапазоне 80–110 килокалорий.
Garmin и Samsung систематически завышали энергозатраты. Среднее смещение относительно лабораторного метода составило 68,61 килокалории для Garmin и 56,76 килокалории для Samsung. Apple также в среднем завышали показатель, но значительно меньше — на 21,60 килокалории.
Таким образом, цифру «сожжённых калорий» на экране часов нельзя считать прямым измерением энергозатрат. Это расчётная оценка, полученная с помощью алгоритмов на основе данных датчиков и сведений о пользователе.
Результаты Fitbit оказалось сложнее интерпретировать
Особые проблемы возникли с Fitbit Sense 2. После удаления аномальных результатов среднее смещение составляло всего 3,14 килокалории и статистически значимо не отличалось от нуля.
Однако этот показатель может создавать ошибочное впечатление высокой точности устройства. Примерно в 13% испытаний Fitbit выдавал неправдоподобные значения, превышавшие лабораторные оценки более чем на 450%. В одном случае устройство вообще не смогло определить расход энергии.
Если такие выбросы не исключать из анализа, среднее завышение Fitbit достигало 128,6 килокалории — больше, чем у остальных протестированных устройств.
После фильтрации данных для анализа осталось 52 измерения Apple, 51 — Garmin, 50 — Samsung и 44 — Fitbit.
Чем больше доля жира, тем выше была ошибка
Одним из основных результатов исследования стала связь между составом тела и точностью часов. При увеличении процента жировой ткани абсолютная ошибка и абсолютная процентная ошибка возрастали для всех четырёх устройств.
При этом выраженность зависимости различалась между производителями. В некоторых анализах ошибка особенно быстро увеличивалась у Garmin и Fitbit или Garmin и Samsung по сравнению с Apple, в зависимости от используемого показателя погрешности.
Причина этой зависимости пока окончательно не установлена. Потребительские устройства обычно оценивают энергозатраты, сочетая данные оптического измерения пульса, акселерометра и закрытые алгоритмы производителей. Состав обучающих и калибровочных выборок для таких алгоритмов, как правило, публично не раскрывается.
Авторы также указывают, что на работу алгоритмов потенциально могут влиять особенности кровообращения, механическая эффективность движений и свойства мягких тканей при различном составе тела.
Цвет кожи не показал заметного влияния
Авторы отдельно проверили, связано ли расхождение с типом кожи по шкале Фицпатрика. В исследовании участвовали люди с III–V типами по этой шкале.
Статистически убедительной связи между типом кожи и ошибкой оценки энергозатрат обнаружено не было.
Однако этот результат следует интерпретировать осторожно. Выборка была относительно небольшой, особенно для некоторых типов кожи, а исследование проводилось в строго контролируемых лабораторных условиях. Поэтому работа не позволяет исключить возможное влияние пигментации при использовании устройств в повседневной жизни.
Показания лучше использовать для отслеживания тенденций
По словам Джейсона Кострны, количество сожжённых калорий, которое показывают часы, не следует воспринимать как точное значение. Это особенно важно для людей, которые рассчитывают энергетический баланс и пытаются снижать массу тела с помощью данных фитнес-трекера.
При этом результаты исследования не означают, что носимые устройства бесполезны. Они могут помогать отслеживать продолжительность тренировок, частоту сердечных сокращений и динамику показателей у одного и того же пользователя.
Для контроля физической активности более информативным может оказаться наблюдение за собственными тенденциями в течение длительного времени, а не попытка компенсировать едой или ограничением рациона каждую указанную часами килокалорию.
Ограничения исследования
Работа опубликована в PLOS One и проводилась в лабораторных условиях с участием 58 человек. Все добровольцы были взрослыми латиноамериканского происхождения, а физическая нагрузка ограничивалась короткой тренировкой на горизонтальном велоэргометре.
Поэтому полученные цифры нельзя автоматически переносить на другие виды нагрузки, например бег, ходьбу или силовые тренировки, а также на все возрастные и этнические группы.
Кроме того, исследование оценивало конкретные поколения четырёх устройств. Производители регулярно изменяют программное обеспечение и алгоритмы, поэтому результаты не обязательно распространяются на более новые модели.
Главный вывод работы заключается не в том, что умные часы всегда одинаково завышают расход калорий, а в том, что их индивидуальные оценки могут существенно расходиться с лабораторными измерениями. При этом состав тела оказался одним из факторов, связанных с величиной ошибки.
Литература
Kostrna J., Oparina E., Palacios C., Rodriguez A. J., Pei J., Ajmal A., et al. Body fat, skin tone, and the accuracy of smartwatch caloric expenditure estimates // PLoS One. 2026. Vol. 21, No. 7. Art. e0353261. DOI: 10.1371/journal.pone.0353261.