A un certo punto, di solito in una camera da letto buia quando ruoti il polso per controllare l'ora, il tuo smartwatch decide di mettere in scena un piccolo esperimento di fantascienza. Il retro della cassa si illumina a intermittenza, avvolgendo la pelle in un inquietante bagliore verde, come se la tua ulna avesse prenotato un tavolo VIP in discoteca.

Ha un aspetto vagamente inquietante, leggermente radioattivo e, una volta notato, è impossibile ignorarlo. Ma allora perché gli smartwatch usano la luce verde anziché quella blu, rossa o qualcosa che ricordi meno una spada laser?

La risposta sta per metà nella biologia e per metà nell'ingegneria, con un pizzico di ansia da batteria scarica.

Le luci lampeggianti sul retro di uno smartwatch non sono decorative. Sono la parte operativa di un sensore cardiaco ottico, un piccolo laboratorio incaricato di monitorare il battito e, sempre più spesso, la salute cardiovascolare.

Gli smartwatch moderni misurano la frequenza cardiaca utilizzando una tecnica dal nome che solo un ricercatore potrebbe amare: fotopletismografia. Fortunatamente, il principio è semplice. Lo smartwatch proietta luce sulla pelle e misura quanta ne viene riflessa. A ogni battito cardiaco, il volume di sangue nei vasi microscopici sotto il sensore aumenta e diminuisce. Il sangue assorbe parte della luce, quindi la quantità che ritorna ai fotodiodi varia a ogni battito. Trasformando questo andamento in una forma d'onda, si ottiene il battito cardiaco.

Puoi immaginarlo come un gioco di torcia e specchio estremamente discreto. I LED fungono da torcia. I vasi sanguigni sono lo specchio che continua a cambiare forma al ritmo del cuore. I fotodiodi rilevano la differenza tra «più luce» e «meno luce» e la traducono in battiti al minuto.

Fin qui, tutto molto elegante. La parte interessante è capire perché così tante di quelle torce siano verdi anziché di qualsiasi altro colore disponibile.

Il sangue è rosso per un motivo. L'emoglobina, la proteina che trasporta l'ossigeno, assorbe determinate lunghezze d'onda della luce e ne riflette altre. La luce rossa viene riflessa maggiormente, ed è per questo che il sangue e, cosa inquietante, le ferite aperte hanno l'aspetto che conosciamo. La luce verde, invece, viene assorbita molto più intensamente. I progettisti di smartwatch sfruttano appieno questa particolarità.

Proiettando luce verde sulla pelle ben irrorata, l'emoglobina si comporta come un ospite fin troppo entusiasta davanti a un open bar: assorbe i fotoni con grande avidità. Tra un battito e l'altro, quando in quei minuscoli vasi sanguigni c'è un po' meno sangue, viene riflessa più luce. Durante un battito, quando le arterie e i capillari si gonfiano per l'afflusso di sangue fresco, ne ritorna meno perché ne viene assorbita una quantità maggiore. È questa oscillazione tra un'elevata e una ridotta riflessione a fornire all'orologio un segnale del battito chiaro e ben definito.

Anche la profondità è importante. Rispetto alla luce rossa o infrarossa, la luce verde non penetra molto in profondità nei tessuti. Interagisce invece soprattutto con i capillari vicini alla superficie. Per un dispositivo da polso, non si tratta di un limite, bensì di un vantaggio. L'orologio deve rilevare informazioni sui vasi sanguigni superficiali, non su quelli più profondi, perché questi letti vascolari superficiali forniscono un'immagine nitida e ad alto contrasto di ogni battito cardiaco. Gli studi che confrontano diverse lunghezze d'onda rilevano ripetutamente che, in questa configurazione, la luce verde riflessa dalla superficie cutanea fornisce un segnale eccellente per il monitoraggio della frequenza cardiaca.

Poi c’è la piccola questione del movimento. Il polso non è certo un punto stabile. Lo si fa oscillare mentre si cammina, lo si ruota quando si sollevano pesi e lo si urta accidentalmente contro gli oggetti. Tutto ciò introduce rumore nel segnale ottico. Nella configurazione a riflessione utilizzata dai dispositivi indossabili di largo consumo, la luce verde tende a resistere leggermente meglio a questo caos rispetto alla sola luce rossa o infrarossa a singola lunghezza d’onda. Per questo motivo, la maggior parte dei dispositivi più diffusi si affida alla luce verde per il monitoraggio quotidiano della frequenza cardiaca, soprattutto durante gli allenamenti.

E al di là della biologia, c'è qualcosa di ancora più convincente per gli ingegneri: i LED verdi sono economici, collaudati ed efficienti. Possono funzionare a una potenza relativamente bassa, pur producendo un segnale sufficientemente forte da essere rilevato dal sensore, il che consente di mantenere il modulo compatto e la durata della batteria entro limiti ragionevoli.

Il verde, quindi, svolge tre funzioni contemporaneamente: produce un segnale del battito forte e ben definito, interagisce in modo ottimale con le parti del sistema circolatorio che l'orologio riesce effettivamente a rilevare e fa tutto questo senza scaricare la batteria prima dell'ora di pranzo.

Se osservi attentamente il retro di uno smartwatch di fascia alta, potresti notare altri LED accanto a quelli verdi. Di solito sono rossi. A volte emettono una luce infrarossa più profonda, quasi invisibile. L'orologio non si sta addobbando per le feste: sta cambiando tecnica.

La luce verde è eccellente per misurare la frequenza cardiaca in superficie. Per misurare l'ossigeno nel sangue, con la famosa lettura SpO₂ che promette di indicare quanto saldamente l'emoglobina trattiene l'ossigeno, il problema cambia. L'emoglobina ossigenata e quella deossigenata assorbono la luce rossa e infrarossa in modo diverso, soprattutto un po' più in profondità nei tessuti. I dispositivi sfruttano questo principio proiettando sulla pelle due lunghezze d'onda e confrontando la quantità di ciascuna che viene riflessa. Il rapporto consente di stimare la saturazione dell'ossigeno in modo simile, a grandi linee, al tradizionale pulsossimetro da dito.

Gli infrarossi hanno un altro vantaggio discreto: si notano meno. Gli smartwatch possono utilizzare LED a infrarossi per misurare la frequenza cardiaca in background con un basso consumo energetico e per altri monitoraggi passivi, senza illuminare il polso come una piccola discoteca ogni pochi minuti. Apple, ad esempio, utilizza LED verdi per rilevazioni attive ad alta precisione quando vengono richieste o si avvia un allenamento, e gli infrarossi per controlli periodici più discreti in background.

Researchers are increasingly enthusiastic about mixing and matching all three colours. Multi-wavelength photoplethysmography trunk of a phrase, essentially means that the watch shines green, red and infrared, then lets algorithms disentangle a richer set of information about blood flow, arterial stiffness and other cardiovascular metrics that make doctors very excited and most normal people slightly tired.

Nonostante tutti i suoi pregi, la luce verde non è priva di difetti e il settore ha finalmente iniziato ad ammetterlo apertamente.

La pelle non è otticamente neutra. La melanina, il pigmento responsabile del colore della pelle, assorbe anch'essa la luce, e questo assorbimento è particolarmente evidente nella parte verde dello spettro. In pratica, ciò significa che un orologio che proietta LED verdi sulla pelle più scura può rilevare un segnale più debole e disturbato rispetto a quello rilevato sulla pelle più chiara, perché una maggiore quantità di luce viene assorbita prima ancora di raggiungere i vasi sanguigni e altra luce riflessa si perde durante il percorso di ritorno.

Negli ultimi anni, diversi studi e revisioni hanno evidenziato che la misurazione della frequenza cardiaca tramite PPG al polso può essere meno accurata sulle carnagioni più scure, soprattutto durante movimenti intensi. Il problema non è che la tecnologia smetta del tutto di funzionare, ma che il margine di errore aumenta. Le letture possono essere in ritardo o discostarsi dai valori reali, gli allenamenti possono mostrare picchi o cali poco plausibili e il dispositivo può diventare meno sicuro dell'affidabilità delle proprie misurazioni.

La risposta da parte dei produttori più seri del mercato si è articolata su due fronti. Innanzitutto, più colori. La combinazione del verde con il rosso e l'infrarosso aiuta a compensare il diverso modo in cui le varie lunghezze d'onda interagiscono con la melanina e il sangue. In secondo luogo, software migliori. Gli algoritmi più recenti cercano di tenere esplicitamente conto delle differenze di tonalità della pelle, movimento e perfusione, filtrando una maggiore quantità di rumore e basandosi sui dati storici e sul contesto per decidere quali dati considerare attendibili. Non è magia e non è una soluzione perfetta, ma è almeno il riconoscimento del fatto che «un solo LED va bene per tutti» non avrebbe mai potuto essere la soluzione definitiva.

Se hai la pelle più scura e noti che, durante gli sprint, il tuo orologio a volte fornisce dati diversi rispetto a una fascia toracica, non è una tua impressione. Il settore sta lentamente cercando di mettersi al passo.

Dal punto di vista dell’utente, la luce verde sul retro di uno smartwatch è semplicemente l’equivalente ottico di uno stetoscopio. È il modo in cui il dispositivo monitora il cuore senza ricorrere a fili ed elettrodi. Il fatto che sembri una discoteca per formiche è del tutto secondario.

Quando inizi un allenamento e senti che l'orologio diventa leggermente più caldo a contatto con la pelle, quei LED verdi lampeggiano rapidamente per acquisire quanti più dati possibile. Durante una giornata alla scrivania, possono attivarsi con brevi impulsi occasionali per mantenere aggiornati la frequenza cardiaca a riposo e i relativi andamenti nel tempo. Di notte, a seconda delle impostazioni, possono effettuare rilevazioni a bassa intensità per diverse ore per stimare le fasi del sonno, mentre i sensori a luce rossa o infrarossa vengono utilizzati per misurare la saturazione dell'ossigeno.

Tutto questo funziona indipendentemente dal fatto che il telefono sia nelle vicinanzeIl telefono è utile per operazioni più impegnative, come tracciare i percorsi GPS, sincronizzare i grafici, inviare notifiche e caricare i dati nelle app, ma il sensore non ne ha bisogno. La maggior parte degli smartwatch può continuare a misurare, memorizzare e mostrare la frequenza cardiaca direttamente sul posto, come un piccolo laboratorio autonomo al polso. Solo in seguito, quando torni nel raggio d'azione del Bluetooth o ti connetti al Wi-Fi, tutti i dati vengono ordinatamente archiviati nello storico a lungo termine.

Se la luce ti dà fastidio al buio, la maggior parte degli orologi consente di limitare il monitoraggio continuo o di disattivare alcune funzioni, a scapito della frequenza di rilevamento dei dati. Se noti dei segni sulla pelle sotto il sensore, di solito significa che il cinturino è troppo stretto oppure che i LED impiegano troppo tempo nel tentativo di rilevare un segnale a causa di un'aderenza non ottimale. La tecnologia è ingegnosa, ma segue comunque la vecchia regola della sartoria: aderente, non soffocante.

Il punto importante è che la luce verde non ha una funzione puramente estetica. È la parte visibile di un intero sistema ottico progettato per stimare, istante per istante, l’attività del cuore. Il suo colore è una scelta dettata dalle cattive abitudini dell’emoglobina, dall’ottica dei tessuti, dagli artefatti dovuti al movimento e dalla chimica della batteria, non dal gusto di un designer annoiato.

In pratica, indossi un minuscolo progetto di ricerca. Uno che, guarda caso, segna l’ora, paga il caffè e ti assilla perché ogni tanto ti alzi in piedi. Quel tremolio verde è semplicemente il momento in cui la scienza alla base di tutto questo si rende brevemente visibile.