Smartwatches, Wearables und Co. – Wie genau sind sie?

In vielen Sportarten haben sich Smartwatches und Wearables etabliert. Vom Freizeitsportler bis zum Profi messen gerade im Triathlon die Athleten damit nicht nur Distanz und Geschwindigkeit, sondern auch ihre Herzfrequenz und vieles mehr. Bei einem sinnvoll aufgebauten Training kann diese Technik eine große Hilfe sein, so das Ergebnis einer Studie.

Olaf Ueberschär, Professor für Mensch-Technik-Interaktion und Biomechanik an der Hochschule Magdeburg-Stendal und am IAT Leipzig und sein Team haben in einer aktuellen Studie mit 30 Sportlern (15 Frauen, 15 Männer) – vom Breitensportler bis zum Semi-Profi – zehn Smartwatches ausgiebig auf ihre Genauigkeit bei der Messung von Herzfrequenz, Distanzen (über globale Navigationssatellitensysteme, GNSS), Schwimmzugfrequenz und der Anzahl der Schwimmbahnen in einem offiziellen 50-Meter-Wettkampfbecken getestet. Im Test waren: Amazfit GTS3, Apple Watch SE, Fitbit Versa 4, Fossil Gen 6 Smartwatch, Garmin Forerunner® 955 Solar, Garmin Venu® 2, Huawai Watch GT 3, Polar Ignite 2, Samsung Galaxy Watch 4 und die Mi Watch.

Das Fazit: „Es gibt große Unterschiede in den Messungen und auch bei guten Geräten gibt es immer Sportler, bei denen zumindest die Herzfrequenzmessung nicht funktioniert“, so Ueberschär.

Die optische Herzfrequenzmessung jeder Smartwatch wurde mit der eines Brustgurts verglichen, der zuvor mit einem klinischen EKG validiert worden war. Die Teilnehmer absolvierten fünf Drei-Minuten-Intervalle auf einem motorisierten Laufband, um die Genauigkeit der Herzfrequenzmessungen zu bewerten. Darüber hinaus wurde für jede Smartwatch die Lauf- und Raddistanzmessung in ausgiebigen Überland-Feldversuchen im Gelände und im Stadion getestet.

Herzfrequenz

Beispielsweise hat die Apple Watch bei der Herzfrequenz-Messung in Summe gut abgeschnitten, lag bei zwei Sportlern jedoch 40 Herzschläge über dem realen Wert. Bei zwei verschiedenen Garmin-Produkten stimmte die Herzfrequenz bei je sechs und acht Sportlern nicht.

Während klassische Brustgurte die Herzfrequenz noch relativ genau messen, gibt es am Handgelenk mit den Uhren nun große Abweichungen. Der Grund ist beim Laufen zum Beispiel die Relativbewegung zwischen Arm und Uhr, die zu Fehlinterpretationen als Pulsfrequenz führt. Auch Unterschiede im Unterhaut-Fettgewebe und in der Hautfarbe sind ausschlaggebend.

Ueberschär: „Die praktische Konsequenz ist, dass jeder Sportler seine Herzfrequenz vorher immer mit einem EKG oder Brustgurt gegenmessen sollte, um die individuelle Messungenauigkeit seiner Smartwatch zu kennen.

Distanz

Die GPS- und GNNS-Systeme können inzwischen alle ganz gut die Distanz messen. Die Wissenschaftler ließen die Sportler erst im Stadion laufen, später im profilierten Gelände mit Bäumen, Spitzkehren und einigen Höhenmetern. Dies erfolgte über sechs Läufe von 4000 m auf der Innenbahn eines offiziellen 400-m-Tartan-Wettkampfstadions, sechs hügelige Outdoor-Läufe über 3,4 km und vier Wiederholungen einer 36,8 km langen Rennradstrecke.

Die Abweichungen zwischen den Uhren lagen zwischen 0,8 und 17 Prozent, im Mittel bei fünf Prozent von der realen Strecke. Der Grund hierfür ist die Ungenauigkeit in der Positionsermittlung über die Satellitensignal-Laufzeiten.

Die Distanz ist jedoch entscheidend für die Trainingsgestaltung und die daraus abgeleitete momentane und durchschnittliche Bewegungsgeschwindigkeit der Athleten. Die Garmin Forerunner, Huawei und Apple Watch schnitten mit unter 1 Prozent Abweichung am besten ab.

Schwimmen

Drei Schwimmprotokolle von 200 m bis 400 m wurden dreifach in einem 50 m langen olympischen Wettkampfbecken durchgeführt. Dabei wurden die gemessene Distanz und die Anzahl der Schwimmzüge ausgewertet.

Interne Sensoren detektieren jeweils Bewegungen und Richtungsänderungen. Bei 400 Meter Kraul nonstop schnitt nur die Garmin Forerunner gut ab, Polar und Fitbit lagen mit einer Bahn daneben. Ueberschär: „Sobald die Schwimmlage des Körpers im Becken jedoch geändert wurde, lag die Fehlerquote bei bis zu 100 Prozent. Die Uhren konnten weder den Schwimmstil noch die Distanz richtig erkennen“ Grund sind hier unter anderem fehleranfällige Algorithmen zur Analyse der Raumlagewinkel des Schwimmers, die das Drehen beim Lagewechsel, z. B. von Kraul auf Rücken, nicht von einer Wende am Bahnende unterscheiden können.

Fazit

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die Messergebnisse bei einigen Smartwatches erheblich von den tatsächlichen Werten abweichen. Messungen beim Straßenradfahren über längere Distanzen mit nur wenigen Kurven waren genauer als die beim Laufen im Freien und sogar genauer als die auf der 400-m-Bahn. Beim Schwimmen wird die Genauigkeit der gemessenen Distanzen durch die Lagenwechsel bei den meisten Smartwatches stark beeinträchtigt.

Ueberschär stellt die Studie auf dem 40. GOTS-Kongress vom 15. bis 17. Mai an der Donau-Universität Krems in Österreich vor.