Apple Watch 学会了利用真实人类事故数据来检测跌倒

2018 年的 Apple Watch 不仅仅是一款报时可穿戴设备，可以在您收到信息时轻拍您的手腕，或者在您走动时计算卡路里：它正在演变成一种消费医疗设备。它不仅可以通过心电图来检测心房颤动（尽管该功能尚未启用），还可以检测您是否跌倒，然后拨打急救电话。

这项功能有望帮助普通民众：根据美国国家老龄化研究所的数据，超过三分之一的 65 岁以上老人每年都会摔倒。如果可穿戴设备检测到有人摔倒，如果该人没有回应，它就会拨打 911。对于 65 岁以上的用户，Apple 会自动启用此功能。

这款手表使用一种类似的机制来检测跌倒，它跟踪另一种复杂的运动形式——游泳。在水中，这款手表使用其加速度计（测量运动变化）和陀螺仪（检测沿三个不同轴的旋转速度）来检测佩戴者正在进行的泳姿。例如，它必须能够识别自由泳和蝶泳之间的差异——从传感器的角度来看，它们看起来很相似，尽管它们燃烧卡路里的速度不同——并且能够注意到游泳者在一圈结束时何时改变了方向。

为了教会这款手表监测游泳情况，苹果收集了数百名游泳者的数据。为了创建检测跌倒的算法，他们从现实世界中人与地面之间无计划的重力相互作用中获取数据。

为此，他们收集了运动障碍诊所、辅助生活设施以及 Apple 员工的朋友和家人佩戴 Apple Watch（运行定制软件）的用户的数据。这项研究涉及 2,500 多人，最终包含了超过 250,000 天的数据。数据来自真实的跌倒——比如从梯子上摔下来、散步时绊倒，或者穿衣服时摔倒（谢谢，裤子）。

这类信息比苹果要求某人（比如特技演员）故意摔倒时得到的读数更有价值；这些动作可能并不代表真实世界中的摔倒。他们的研究还包括正常动作的数据，以区分摔倒和可能类似于摔倒的动作。该公司希望确保挥动网球拍或倒在床上等动作不会被记录为危及生命的摔倒。

“我们了解到，摔倒时，会出现这种可重复的运动模式，”苹果首席运营官杰夫·威廉姆斯 (Jeff Williams) 在 9 月宣布该功能时表示。“例如，当你绊倒时，你的身体会自然向前倾，你的手臂会不由自主地伸出来支撑自己。但是，如果你滑倒了，手臂就会自然地向上运动。”

当然，游泳和跌倒都会涉及你的整个身体，但手表仅通过测量手腕在空间中的三维轨迹来推断正在发生的事情。

实现这一目标的关键传感器是加速度计和陀螺仪。Series 4 中的加速度计每秒收集的数据量是上一代的八倍，而且它可以测量更高的 G 力（32 G，高于 16 G）。当一个人在跌倒过程中挥动双手时，就会产生 G 力（“G”代表“重力”），但 G 的最大峰值发生在他们的手拍打地面时。因为加速度计现在可以捕捉到高达 32 G 的力（这是一个很大的力），这意味着 Apple 可以记录严重跌倒可能产生的巨大冲击峰值，而不是传感器的测量能力最高为 16 G。

然后还有陀螺仪，现在它的能效更高了——这一点很重要，因为苹果需要全天开机监测跌倒情况。（如果你的手腕在桌子上相对静止，它会自动关闭。）陀螺仪测量旋转速度，为了直观地了解它测量的不同方式，可以想象一个轴水平穿过屏幕（X 轴）；另一个轴垂直向上穿过显示屏（Y 轴）；最后第三个轴垂直穿过屏幕（Z 轴）。

如果您现在正戴着手表，请将其放在您面前并向自己倾斜：这是沿 X 轴的旋转。现在，将手掌垂直放在桌子上：当屏幕与桌面平行时，Z 轴垂直向上。

跌倒检测需要加速度计和陀螺仪这两个传感器的组合数据。跌倒可能导致加速度计记录冲击，然后屏幕本身可能具有与地面不同的方向（可能是垂直方向）。这是因为您的手掌可能平放在地面上，您的手腕和前臂可能垂直，手表屏幕也垂直，因此 X 轴也是垂直方向。

还要注意的是，如果您没有蜂窝版手表，并且手机离您很远，则此功能内置的 SOS 功能将无法拨打 911，因为非蜂窝手表需要您的手机处于蓝牙范围内才能通过它拨打电话。（以下是 Apple 提供的有关该过程的更多信息。）换句话说，如果您去跑步，并且希望跌倒检测的通知当局功能能够正常工作，请也带上您的手机。