| ФИО заявителя | Семенов Илья Александрович |
| Дата рождения | 16.07.2005 |
Проект
| Название | Выявление признаков монотонного состояния человека на основе анализа физиологических показателей |
| Учреждение | Государственное общеобразовательное бюджетное учреждение «Московская областная общеобразовательная школа-интернат естественно-математической направленности» имени П.Л. Капицы, 141700, Московская обл., город Долгопрудный, улица Летная, дом 7 |
| Класс | 7 |
| Науч. руководитель | Семенов Александр Валерьевич |
| Консультант | Бобе Анатолий Сергеевич |
| Исполнители |
|
| Секция | 7 - 8 классы «Чтения им. А.А. Леманского: «На пути к великим открытиям». Проектные и исследовательские работы физико-математической и естественнонаучной направленности. |
| Краткое описание проекта | Работа посвящена вопросам исследования и возможности контроля физиологических показателей человека – пульса, ритмов ЭЭГ и частоты моргания глаз – в монотонных условиях. |
Описание проекта
| Проблема решаемая проектом | Отличительной особенностью состояния монотонии от усталости является то, что силы организма еще не израсходованы (человек не чувствует себя уставшим), но качество деятельности значительно ухудшается. Последствия ошибок в состоянии монотонии могут приводить к авариям и гибели людей, не говоря уже об операторах технологических линий, работников атомных станций, диспетчерах аэродромов. Монотонии могут быть подвержены люди любых профессий, не только операторы! Спортсмены, врачи, учителя и даже ученики могут находиться в состоянии монотонии. Поскольку человек не чувствует себя уставшим, актуальной проблемой является поиск методов и средств, которые позволили бы своевременно диагностировать состояние монотонии и предупреждать об этом оператора. Проблема. В настоящее время существуют системы и устройства, которые позволяют анализировать состояние человека и предупреждать его об опасности, но вопрос не теряет актуальности по нескольким причинам. Во-первых, доступные по цене устройства, позволяют оценить наступление состояние монотонии по одному-двум признакам, что может приводить к ошибкам диагностики. Системы зарубежных компаний, учитывающие комплексные результаты измерений психофизиологических показателей человека, хоть и являются более точными, но не доступны широкому кругу пользователей из-за их высокой стоимости. Во-вторых, индивидуальные психофизиологические показатели человека различаются и могут отличаться от пороговых среднестатистических значений, которые заданы системе на этапе разработки. В таком случае купленное устройство может вообще не подойти. Поэтому, исследование возможности измерения показателей состояния монотонии, разработка способов его контроля и прогнозирования – актуальные научные и практические задачи. |
| Основная идея | Суть исследовательского этапа заключается в проведении серии экспериментальных исследований изменения физиологических показателей человека в состояниях бодрствования и монотонии. В качестве условий, моделирующих монотонные условия, было выбрано вождение на симуляторе. В ходе эксперимента выполнялась регистрация физиологических показателей человека, и велось наблюдение за его поведением. В работе проведено исследование изменения таких физиологических показателей человека как: пульс, частота моргания глаз, ритмы ЭЭГ. Суть проектного этапа заключается в разработке комплексного подхода контроля засыпания водителя. В системе предлагается контролировать два параметра: пульс и закрытие глаз. Для контроля пульса построен пульсометр. Аппаратно-программный макет контроля закрытия глаз реализован на основе смартфона с ОС Android с видеокамерой с применением библиотеки OpenCV. |
| Масштаб организации работ | Внеурочная деятельность, научно-исследовательская деятельность учеников среднего школьного возраста (7-9 классы). |
| Полученные результаты | Проведено исследование состояния монотонии человека во время вождения на симуляторе с регистрацией частоты пульса, частоты моргания глаз и электроэнцефалограммы (ЭЭГ). Было выявлено, что в условиях монотонии уменьшается частота пульса, увеличивается частота моргания глаз и продолжительность интервала закрытия глаз. При этом закрытие глаз при монотонной работе при снижении пульса постепенно увеличивалось. Вследствие развития состояния монотонии появляется специфический ЭЭГ-паттерн – увеличение мощности альфа-ритма. Доказана сформулированная гипотеза: деятельность человека в условиях монотонии приводит к изменению динамики его физиологических показателей (пульса, ритмов ЭЭГ и частоты моргания глаз). В работе предложен способ ранней диагностики монотонного состояния человека, учитывающий сочетание нескольких показателей – пульса и частоты моргания глаз. Аппаратно-программный макет контроля пульса реализован на базе платформы Arduino, к которой был подключен датчик пульса. Использовались библиотеки iarduino_SensorPulse (для работы с датчиком пульса) и UTFT (для работы с цветными TFT дисплеями). Аппаратно-программный макет контроля закрытия глаз реализован на основе смартфона с ОС Android с видеокамерой с применением библиотеки машинного обучения OpenCV. Алгоритм работы основан на анализе видеоизображения водителя в реальном времени. Ссылка на видео https://youtu.be/OBihVDZ1il0 |
| Кому нужны результаты проекта | Исследование динамики физиологических показателей человека при в процессе перехода из состояния «бодрствование» и состояние «монотония» позволит понять как можно контролировать наступление состояния монотонии у операторов и как их предотвратить, чтобы избежать отрицательных последствий ошибок оператора. Разработанная система с использованием устройства измерения пульса и устройства анализа состояния глаз является комплексной по оценке усталости, сонливости и сна водителя. Такая комплексная система может эффективно предупреждать оператора о повышении усталости и сонливости. Социально-культурные последствия: популяризация научно-технических направлений, а также развитие метапредметных знаний и навыков. |
| Перспектива дальнейшнего развития проекта | 1. Разработка и внедрение методических пособий по практическим и лабораторным работам по направлению «Выявление признаков монотонного состояния человека на основе анализа физиологических показателей» 2. Экспериментальные исследования других физиологических показателей человека (кожно-гальваническая проводимость, электрокардиограмма, мимика лица). 3. Совершенствование системы контроля физиологических показателей человека в состоянии монотонии за счет повышения ее точности. |
Материалы проекта
Видео
Комментарии
Комментарий по проекту
Комментарий для научного руководителя и пдагога. Спасибо всем, кто помогал автору работы. Целесообразно продолжить работу. Подготовить рекомендации, что нужно делать для профилактики или снятия монотонного состояния человека. (Например, за рулем автомобиля) Обсудите возможность мониторинга состояний учащихся в классе, в ходе выполнения скучных учебных заданий или при повышенных учебных нагрузках.
Комментарий по оценкам
Комментарий для учащегося. Очень хорошая работа. Молодец. Работу целесообразно продолжить.
— Эксперт 1
Комментарий по оценкам
Спасибо автору за проделанную работу. Исследование несомненно актуально и интересно.
Комментарий по проекту
Грамотно выстроенное, логическое, цельное исследование. Хочу выразить благодарность научным руководителям работы.
— Эксперт 2
Комментарий по проекту
Очень здорово, что у Ильи Александровича уже с раннего возраста есть возможность участвовать в настоящей научной работе. Думаю, что эта работа во многом определит его будущее.
Комментарий по оценкам
Исключительно полезное исследование с ценными результатами. Сильная поддержка коллег - научных сотрудников! Очень важный шаг на вашем научном пути!
— Эксперт 3
