Un kilómetro a pie
Un kilómetro a pie
Utiliser l'acelerómetro pour construire un podomètre
Chaque jour, ton smartphone compte silencieusement tes pas gracias a un petit capteur appelé acelerómetro. Mais comment un simple capteur de mouvement peut-il distinguer un pas d'un geste de la main ou d'un cahot en voiture ? Le podomètre est en réalité un algorithme sophistiqué qui analyse en tiempo real les signaux d'accélération pour détecter les motifs caractéristiques de la marche humaine. Chaque pas produit une séquence reconnaissable : une poussée vers le haut, un court instant de vol relatif, puis un impact au sol. Esta actividad propose de décortiquer ce processus en enregistrant les données brutes de l'acelerómetro pendant la marche avec FizziQ, puis en comparant ces données avec le comptage automatique du podomètre. El alumno descubre ainsi comment les ingénieurs transforment un signal physique complexe en une information simple et utile.
Learning objectives:
El alumno registra l'accélération absolue pendant 50 pas de marche avec FizziQ, identifie les motifs caractéristiques de chaque pas sur le graphique, puis utilise la fonction Duo pour comparer les données brutes de l'acelerómetro avec le comptage du podomètre intégré. Il propose ensuite un algorithme simple de détection de pas basé sur un seuil d'accélération.
FizziQ
Autor:
Duración:
30-40
Lo que harán los estudiantes:
'- Enregistrer et analyser un signal d'accélération périodique
- Identifier des motifs répétitifs dans un signal temporel
- Comprendre la notion de seuil de détection dans un algorithme
- Utiliser la fonction Duo de FizziQ pour corréler deux mesures simultanées
- Proposer un algorithme de comptage de pas basé sur les données expérimentales
Conceptos científicos:
'- Accélération périodique
- Traitement du signal
- Algorithme de détection de seuil
- Biomécanique de la marche
- Capteur MEMS (acelerómetro)
- Fréquence de la marche
Sensores:
'- Acelerómetro (accélération absolue)
- Podomètre intégré du smartphone
What is required:
'- Smartphone o tableta con FizziQ
- Un espace dégagé pour marcher
- Cuaderno de experiencias FizziQ
Procedimiento experimental:
Sais-tu comment fonctionne un podomètre ? Cet appareil présent en ton smartphone permet de compter le nombre de pas que tu parcours en la journée.
Analysons les mouvements que détecte ton portable quand tu marches.
Selecciona l'Accélération Absolue en les Mesures y marche pendant 50 pas en enregistrant les données, puis ajoute el gráfico à tu cuaderno.
Arrives-tu à reconnaître des motifs sobre el gráfico qui te permettraient d'identifier chacun de tes pas ? ¿Puedes en déduire comment un podomètre calcula le nombre de pas ?
Pour vérifier tes hypothèses, registra simultanément l'Accélération absolue y le Podomètre gracias a la fonction Duo en la pestaña Herramientas.
Attention, la donnée Accélération absolue doit être placée en le rond de gauche car ses données sont enregistrées más fréquemment que celles du Podomètre.
Analiza el gráfico. ¿Puedes en déduire comment créer un podomètre à partir de l'Accélération absolue ?
Que se passe-t-il si tu cours ? Les motifs changent-ils ?
Registra ces analyses en tu cuaderno y ajoute des photos y commentaires para créer un document PDF à partager.
Resultados esperados:
Le graphique d'accélération montre des oscillations régulières avec une fréquence de 1,5 à 2,5 Hz correspondant à la cadence de marche. Chaque pas produit un pic d'accélération caractéristique (typiquement 12-15 m/s² pour la marche, 20-30 m/s² pour la course). Le podomètre détecte chaque passage au-dessus d'un seuil (environ 10,5-11 m/s² pour l'accélération absolue). La comparaison Duo montre une bonne corrélation entre les pics d'accélération et l'incrémentation du compteur de pas. En courant, les pics sont plus intenses et plus rapprochés, avec une fréquence de 2,5-3,5 Hz.
Preguntas científicas:
'- Quel seuil d'accélération permettrait de détecter correctement chaque pas ?
- Pourquoi le podomètre fait-il parfois des erreurs de comptage ?
- Comment le signal d'accélération change-t-il entre la marche et la course ?
- Que se passe-t-il si le smartphone est dans la main plutôt que dans la poche ?
- Comment un podomètre distingue-t-il un pas d'une vibration parasite ?
Explicaciones científicas:
Le podomètre moderne repose sobre l'analyse des signaux d'accélération générés par les mouvements du corps pendant la marche. Chaque pas produit un motif caractéristique d'accélération en trois phases : une phase d'accélération positive lors de la poussée initiale, une phase de caída libre relative pendant le balancement de la jambe, y une décélération brusque lors de l'impact du pied au sol.
Ces cycles se répètent de façon régulière con une frecuencia typique de 1,5 à 2,5 Hz (90 à 150 pas par minute) para une marche normale. L'accéléromètre MEMS du smartphone mide ces variations à une frecuencia d'échantillonnage élevée (>100 Hz) y con une sensibilité de l'ordre de 0,01 m/s².
L'algorithme de un podomètre analyse le signal en appliquant plusieurs techniques : filtrage para éliminer les mouvements parasites, détection de pics para identifier chaque pas, y validation par des critères d'amplitude y de frecuencia para éviter les faux positifs. Les podomètres modernes exigent souvent une séquence de 5-7 accélérations régulières avant de commencer à compter.
La fonction Duo de FizziQ permet d'observer simultanément les données brutes d'accélération y leur interprétation par le podomètre, offrant une vision directe de ce processus de traitement du signal. Cette technologie illustre comment des principes physiques fondamentaux peuvent être exploités para créer des outils utiles au quotidien.
Actividades de ampliación:
'- Comparer les signaux de marche lente, rapide et de course
- Tester l'influence de la position du smartphone (poche, main, sac)
- Comparer le podomètre de FizziQ avec celui d'une application commerciale
- Estimer la distance parcourue à partir du nombre de pas et de la longueur de foulée
Preguntas frecuentes:
Q: ¿Por qué utiliser l'Accélération Absolue plutôt qu'un seul axe ?
R: L'accélération absolue combine les trois axes (√(ax²+ay²+az²)), ce qui la rend indépendante de l'orientation du smartphone. Un seul axe ne détecterait les pas que si le téléphone est correctement orienté.
Q: ¿Cómo fonctionne la fonction Duo de FizziQ ?
R: La fonction Duo permet d'enregistrer deux mesures simultanément et de les afficher sur le même graphique temporel. Il faut placer la mesure la plus fréquente dans le rond de gauche.
Q: ¿Por qué le podomètre ne compte-t-il pas les premiers pas ?
R: Les algorithmes de podomètre attendent généralement une séquence de 5 à 7 pas réguliers avant de commencer le comptage, pour éviter de compter des mouvements qui ne sont pas de la marche.