ملاحظة: تمت كتابة المقالة لأغراض إعلامية فقط ولا تشكل دعوة لتكرار مثل هذه التجارب في المنزل بسبب الخطر المحتمل للضرر على الصحة الجسدية (إذا تم استخدام البطاريات ومقاومات الضوء في أجهزة Li-ion).
يوم جيد ، عزيزي habrozuery و habrozhet) هذه أول مقالة جادة لي عن حبري ، لذا ، أقوم بالحكم بأقصى قدر ممكن ، أعدك بالعمل على الأسلوب والمحتوى.
باختصار عن نفسك. عن طريق التعليم - صانع الآلات ، سيد. المهنة: رجل أعمال ، أنا أحد مؤسسي شبكة Robocor لنوادي الروبوتات للأطفال. شارك خلال دراسته في الجامعة في أنواع مختلفة من الأبحاث في مجال أجهزة القياس الطبية.
سوف نتحدث منذ وقت طويل عن هذه التطورات ، ولكن لم تصل كل الأيدي ...
الخلفية. منذ الطفولة ، غالبًا ما رأيت أحلامًا حية ومؤامرة. مؤامرة وحيوية لدرجة أنني لم أكن كسولًا من سن السابعة مع مثابرة تحسد عليها للحفاظ على مذكرات الحلم. ثم مرة واحدة في عام 2014 ، سقط في يدي كتاب غريب بعنوان "Dream Hackers". هل أحتاج أن أقول كم كنت مهتمًا بالظاهرة التي بني حولها السرد؟ خاصة عند النظر في مذكرات تجاوزت حجمها لدفترين لكل منها 96 ورقة ، ومنذ عام 2012 تم الاحتفاظ بها على جهاز كمبيوتر.
قادني غوغل سريع ، بعد تصفية كبيرة لمكافحة الباطنية ، إلى البحث العلمي على sabzh. كما اتضح ، تم وضع بداية دراسة نظام التشغيل في النصف الأول من القرن العشرين من قبل عالم نفس هولندي ، فريدريك فان إيدن. مقالته ، "دراسة الأحلام" (وقائع جمعية البحث النفسي ، المجلد 26 ، ص 431) ، التي تهدف إلى تصنيف الأحلام ، تحتوي على مصطلح "الأحلام الواضحة" ، والتي تترجم حرفيا على أنها "أحلام واضحة". على حد علمي ، كان هذا أول ذكر لهذه الظاهرة في المجتمع العلمي.
مرت سنوات ، ولكن فقط في عام 1975 ، أجرى العالم كيت هيرن (كيث هيرن ، مختبر النوم بجامعة هال (إنجلترا)) تجربة أثبتت علمياً وجود نظام التشغيل. نتيجة للتجربة ، أظهر تجريبي آلان ورلي حركات العين الواعية والمخطط لها مسبقًا عندما كان ، وفقًا لجميع مؤشرات الأدوات ، في حالة نوم. تم تكرار هذه التجربة في وقت لاحق من قبل العالم ستيفن لابيرج من جامعة ستانفورد.
أصبحت نتائج التجربة معروفة على نطاق واسع ، حيث قدم Laberge مساهمة كبيرة في تعميم هذا الموضوع. اقترح هذا العالم أيضًا مفهوم جهاز يسمى "محفز الأحلام الواضحة" الذي سيسمح لأي شخص ، حتى بدون جلسة تدريب طويلة ، بدخول حالة نظام التشغيل ...
بعد أن قرأت عن محث نظام التشغيل ، لم أعد أستطيع النوم بسلام. تم تأجيج روح اردوينو من خلال موجة لا تصدق من الحماس! والحقيقة هي أنني بحلول ذلك الوقت كنت قد قرأت بالفعل عن جميع أنواع الممارسات التي سمحت لي أن أكون على وعي بالحلم ، وجميعها ، دون أي نتيجة ، أسفرت عن نتائج دون تدريب طويل والعمل على نفسي. حلم لتوجيه مطاردة!)
بعد دراسة مجموعة متنوعة من محاثات نظام التشغيل ، والتي كان السوق ممتلئًا بها ، بالإضافة إلى القاعدة محلية الصنع ، والتي كان هناك الكثير منها أيضًا على الويب ، قمت بوضع معيار ، تم اختصار جوهره إلى الصياغة التالية: "لا تجعل Remee ، ولكن أقرب إلى Dreamstalker ، ولكن أكثر ملاءمة فقط". تم اختزال المتطلبات الفنية إلى أربع نقاط:
- يجب أن يحدد الجهاز بشكل موثوق مرحلة نوم حركة العين السريعة (وليس "تخمين عند NE555" ، كما كان ، بناءً على الأوصاف ، في الإصدارات السابقة من قناع Remee) ؛
- يجب أن يكون الجهاز مضغوطًا ولا يجب أن يتداخل مع عملية النوم ؛
- يجب أن يكون الجهاز قادرًا على جمع وعرض معلومات حول عملية النوم من أجل إجراء بحث حقيقي ، وليس فقط اللعب في نظام التشغيل ؛
- يجب أن يكون الجهاز آمنًا للاستخدام.
هذه هي المتطلبات ... Nekhilo لشخص ما في ذلك الوقت بالكاد لمس أساسيات العمل مع مضخمات تشغيلية وعموما ضليعا في الدوائر) ومع ذلك ، "الشباب الأخضر" ، وبدأت في التطور.
بادئ ذي بدء ، قررت أن أكون في حيرة من أبسط سؤال: أي نوع من المعلمات الفسيولوجية تتغير أثناء النوم؟ كانت نتيجة البحث مثل هذا الجدول (إذا كان بإمكان أي شخص أن يضيف - الكتابة في التعليقات ، سأكون سعيدًا جدًا):
سمحت لي معرفة قوية بالدورة المدرسية في علم الأحياء والفيزياء ، إلى جانب مهارات البرمجة المتوسطة في C ++ و LabVIEW ، بالإضافة إلى امتلاك بعض المعلومات من مجال تكنولوجيا القياس ، لتطوير مخطط كتلة للجهاز. بدا شيء من هذا القبيل:
كان المنطق على النحو التالي. من أجل عدم سد مختبر القياس على جبين الشخص (وليس ليصبح مثل قناع Dreamstalker العامل ، ولكن غير مريح للغاية) ، يجب إزالة جميع كتل القياس من القناع. علاوة على ذلك ، كانت المخططات الموجودة للعين البصري معقدة للغاية أو معقدة للغاية. ولكن ماذا عن تسجيل مخطط العين ، تسأل؟ في الواقع ، حركات العين في الحلم هي العلامة الأكثر موثوقية لمرحلة نوم حركة العين السريعة!
حسنًا ، ثم قررت أنه نظرًا لأن ضربات القلب تتغير أيضًا بطريقة ما هناك ، فسيكون من الممكن العثور على مرحلة نوم حركة العين السريعة من خلالها. وبالتالي ، ظهر سوار معين في الجهاز ، مع مستشعر نبض على متن الطائرة. ولم يبق في القناع سوى وحدة الراديو وحفنة من مصابيح LED ، والتي كان ينبغي تشغيلها بواسطة أمر من جهاز كمبيوتر.
السؤال المنطقي هو: لماذا يوجد جهاز كمبيوتر ، ولماذا كان من المستحيل إرسال أوامر على الفور من السوار عندما يكتشف التغييرات الضرورية في معدل ضربات القلب؟ أولاً ، لم أكن أعرف التغييرات التي تم اعتبارها "ضرورية". علاوة على ذلك ، في ذلك الوقت ، لم يكن لديه فكرة تذكر عن شكل مخطط معدل ضربات القلب البشري ، وما هو مخطط قلب القلب وتغير معدل ضربات القلب ... ثانيًا ، من الأسهل والأكثر وضوحًا كتابة خوارزميات معقدة مختلفة في بيئة تطوير رسومية ، ومن الواضح أن البحث عن مرحلة النوم المرغوبة عن طريق ضربات القلب لم يتم تطبيق خوارزميات بسيطة ، وبالتالي - LabVIEW للمساعدة.
دارة
القناع:
- منصة Arduino Micro Pro (ATmega32U4 Stone)
- المصابيح WS2812B
- وحدة راديو قياسية بتردد ناقل يبلغ 433 ميجاهرتز
- بطارية ليثيوم أيون 200 مللي أمبير في الساعة
- وحدة الشحن للبطارية على الشريحة TP4056
من أجل اختيار المكونات. تم اختيار منصة Micro Pro نظرًا لصغر حجمها (بسبب عدم وجود CH3400 ووجود PLL و USB مدمجين ، ولكن هذه كلمات الأغاني) ، بالإضافة إلى انخفاض استهلاك الطاقة ومظهر جميل.
لقد اخترت مصابيح LED RGB القابلة للتحكم لأنني أردت أن أرى ما إذا كان تكرار النتائج في نظام التشغيل سيرتبط بلون تأثير التحفيز. أعلم ما يبدو لطيفًا ، ولكن من يدري ، أليس كذلك؟)
اخترت وحدة 433 ميجاهرتز لسببين: لأنني لم أجرب أي شيء آخر حتى الآن من اللاسلكي ، ولأنني لم أكن أعرف ما هو الخنزير الضخم الذي ستضعه هذه الوحدة بالنسبة لي ... عندما يتعلق الأمر بالاختبارات ، اتضح أن هوائيًا تم قياسه بدقة مخيط على طول محيط القناع ، كونه قريبًا من الجسم ، من حيث المبدأ ، لا يمكن أن يعمل. كما تم شرحه في مجموعة هواة الراديو ، حيث أطرح الأسئلة أحيانًا ، لأن جسم الإنسان لديه قدرة معينة ، وهو أمر مهم جدًا ، وبسبب هذا يضيع تردد جهاز الاستقبال ، لأنه يحتوي على دائرة متذبذبة ، ودائرة إضافية القدرة تتداخل معها. أنا لا أفهم كل ذلك ، لا أريد أن أعيق ، سأقول فقط في ذلك الوقت لم أتمكن من إجراء تجارب مع القناع.
اخترت البطارية بسبب صغر حجمها ، والتضحية بمتطلبات السلامة: خلية ليثيوم أيون مثبتة على جسر الأنف ، على الرغم من أن لها قدرة صغيرة ، يمكن أن تتسبب في تلف العين أثناء الانفجار. لذلك ، قدر الإمكان ، قمت بتعبئتها بالبلاستيك من الجانب المجاور للوجه ، وتركت الجانب المقابل مفتوحًا. لم يتأثر ضغط التصميم كثيرًا ، ولكنه أضاف هدوءًا ، وإن كان غير معقول.
مع وحدة الشحن ، كل شيء بسيط: إنه يكاد يكون معيار الصناعة لجميع أنواع المنتجات محلية الصنع ، وهنا لم أكن قلقًا بشأن أي شيء.
السوار:
- منصة اردوينو نانو
- مستشعر بصري لمعدل ضربات القلب (سأخبرك بالمزيد عنه لاحقًا)
- وحدة إرسال الراديو القياسية (نفس 433 ميغاهرتز)
- حامل لأربع AA
- 4 بطاريات Ni-Mh بقوة 2700 مللي أمبير لكل منهما
مع سوار ، كانت الأمور أفضل. جمعت النسخة الأولى مباشرة على لوحة التوصيل ، ولم يكن هوائي وحدة الإرسال موجودًا مباشرة على الجسم ، وبالتالي عمل كل شيء مثل الساعة. الشيء الوحيد الذي يستحق الانتباه في الإصدار الأول من السوار هو مستشعر معدل ضربات القلب ، والذي كان أكبر مشكلتي تقريبًا ، لأنني سبحت في الإلكترونيات التناظرية.
كان نقطة الارتكاز مقالًا جيدًا للغاية حول ماهية التصوير الضوئي وكيف يتم ترتيب أساور مختلفة للياقة البدنية. بعد مراجعة جوهر تشغيل أجهزة استشعار معدل ضربات القلب الضوئية ، بدأت في البحث عن حلول الدوائر الجاهزة. ونتيجة لذلك ، استقرت على هذا المخطط ، الذي عمل على الفور تقريبًا حتى على لوحة التوصيل. لم أبحث عن optocoupler ذات القناة المفتوحة ، والتي أوصى بها كاتب المقالة ، وقمت فقط بتمزيق TCRT5000 خارج مستشعر الخط ، الذي كان مستلقيًا عن طريق الخطأ في المنزل. لقد استبدلت مكبر الصوت التشغيلي بـ LM358 الأكثر شيوعًا.
صنع المستشعر على شكل حلقة تلبس على طرف الأصابع. ضغط جهاز TCRT5000 بقوة على الجلد ، وتم تضخيم الإشارة من الترانزستور الضوئي ونقلها من خلال الأسلاك إلى وحدة التحكم الدقيقة ، حيث تم رقمنتها وإرسالها إلى السلطات.
وحدة الإرسال:
- منصة اردوينو نانو
- وحدة راديو قياسية بتردد ناقل يبلغ 433 ميجاهرتز
- وحدة إرسال الراديو القياسية (نفس 433 ميغاهرتز)
كل شيء مزعج هنا: عندما يرسل السوار البيانات ، يتم استلامه من قبل جهاز الاستقبال ، ومن خلال منفذ COM يرسلونه إلى الكمبيوتر ، حيث يقابلهم الكفوف المهتمة في كتابي السادس المكتوب ذاتيًا. الإصدار الأول من الأداة الافتراضية رسم بغباء قراءات ADC ، ولم يحاول تحليل أي شيء في حد ذاته. في وقت لاحق ، عندما أصبح من الواضح أكثر أو أقل أنه من الضروري تحليل ليس pulsogram ، ولكن تم الكشف عن الفاصل الزمني الذي تم إنشاؤه منه ، والأنماط التي تحدث غالبًا في مرحلة BDG ، بدأ إرسال البيانات من VI إلى القناع ، مما يعطي إشارة لتنشيط التحفيز. ولكن حتى هذه اللحظة كان لا يزال بعيدًا جدًا))
كشفت الليلة الأولى مع جهاز مراقبة معدل ضربات القلب على الفور عن عدة حقائق غير سارة.
أولاً: بسبب حقيقة أن تدفق الدم في الذراع يتغير في الحلم (على سبيل المثال ، عندما أقوم بثني ذراعي وأبقى في هذا الوضع لفترة طويلة) ، يفقد المستشعر إشارة ويصبح الرسم البياني غير مقروء. اضبط المكاسب تلقائيًا ثم ما زلت لا أستطيع تخيل كيف.
ثانيًا: قد يفقد المستشعر الإشارة من اللون الأزرق ، ويتم فرض ضوضاء منخفضة التردد للغاية ذات سعة كبيرة جدًا على الرسم البياني نفسه ، والتي تختفي في بعض الأحيان. فيما يلي شاشة لقراءات أحد إصدارات العمل الأولى (وليس الأولى) للجهاز الظاهري. الرسم البياني للنبض (أحمر) مقلوب ، ويمكن رؤية ضوضاء التردد المنخفض عند القمم السفلية.
الحقيقة الثالثة: النوم مع لوح توصيل وأربع بطاريات على يدك ليس مستحيلًا تمامًا ، ولكنه غير مريح للغاية. كيف تبدو في البداية ، يمكنك أن ترى أدناه (للأسف. إلى جانب الصور من الدبلوم ، لم يتبق شيء من هذا الرسم)))
"نحن بحاجة إلى تحسينات جادة!" - بالنظر إلى البيانات المكملة ، مع حساء الملفوف الصارم استنتجت. أولاً وقبل كل شيء ، قررت إنهاء المستشعر ، والذي كان مطلوبًا أولاً لمواصلة العمل على الجهاز.
بعد إعادة قراءة المقالة على التصوير الضوئي ، أدركت ما يلي: ولكن لماذا ، في الواقع ،
قمت بلف كابل في يدي لاستخدام optocoupler IR إذا كان بإمكاني استخدام أي لون آخر؟ تم أخذ رسم بياني يوضح اعتماد معامل امتصاص الضوء للهيموغلوبين على الطول الموجي من نفس المقالة.
استنادًا إلى الرسم البياني ، اخترت اللون الأخضر باعتباره الأكثر امتصاصًا للهيموغلوبين في كل من حالاته (المؤكسجة وغير المشبعة). لذلك ، سيصبح المستشعر أكثر حساسية على وجه التحديد لتغيير حجم الدم ، وليس لتشبع الأكسجين (كنت أظن أنني أدين بالتداخل منخفض التردد لحقيقة أن حساسية مستشعر نطاق الأشعة تحت الحمراء تتغير بشكل كبير بسبب تشبع الأكسجين).
تحت المفسد: أتساءل عما إذا كان من الممكن مراقبة معدل التنفس عن طريق هذه الضوضاء منخفضة التردد.
وكل شيء سيكون على ما يرام ، ولكن هفوة: ماذا تختار كعنصر حساس؟ بعد بحث قصير ، وجدت خيارًا رخيصًا - مقاوم ضوئي. كانت المزايا واضحة: الذروة الطيفية للنماذج الأكثر شيوعًا هي حوالي 500 نانومتر ، وهي رخيصة ، والجمود ، الذي غالبًا ما يكون عيبًا ، ليس مهمًا في هذه الحالة - نبض القلب نفسه ليس سريعًا جدًا.
من بين السلبيات ، لاحظت لنفسي فقط أن المقاومات الضوئية تحتوي على الكادميوم والرصاص (وهذا هو سبب حظرها تمامًا في بعض البلدان) ، وليس من الجيد جدًا استخدامها في المعدات التي تتصل بالجسم مباشرة. لكن - يتطلب العلم التضحية ، وقد أفسدت النسخة الثانية من المستشعر: على مصباحين LED قابلين للعنونة (كان طول موجة اللون الأخضر ، وفقًا لورقة البيانات ، هو الذي تحتاجه فقط). ميزة إضافية هي حقيقة أنه أصبح من الممكن الآن تغيير السطوع برمجيًا ، وبالتالي تعديل الحساسية ، وإن كان ذلك في حدود صغيرة.
كما ترون ، ظل نظام الترشيح والتضخيم الأمي (ولكن في الحد الأدنى من العمل) في مكانه ، وحصل المستشعر الآن على ما يصل إلى سلكين للتواصل مع MK.
عندما تم تجميع التخطيط ، أظهرت الاختبارات تحسنًا كبيرًا في نتائج القياس. على الرغم من أن المستشعر لا يمكنه العمل "من أجل الانعكاس" (أردت أن أجعل السوار سوارًا كاملًا ، لكنه لم ينجح - كانت الإشارة المنعكسة ضعيفة جدًا) ، لكنها عملت بشكل جيد في التجويف. كما اختفى التداخل منخفض التردد ، مما وضع حدًا لفقدان الإشارة.
دخل تطوير الجهاز مرحلة جديدة - الآن تم توجيه جميع الجهود إلى جمع البيانات ومحاولة العثور على مرحلة النوم المطلوبة فيما بينها.
ولكن المزيد عن ذلك في المقالة التالية ، لكن الوقت الآن متأخر ، ولكن لا يمكنك كسر وضع السكون)
سكرتير خاص إذا كانت إرادة القراء ، سوف أنشر في الوصول المفتوح جميع المخططات والأكواد المصدر للمشروع ، بحيث لا يتم تغطية وحدات البايت بالغبار على القرص الصلب الخاص بي.
جميع أنواع الفائدة:
- كتاب "مهارات الحلم الواضح" وهو أشمل مجموعة معلومات علمية حول الموضوع.- أروع منتج منزلي مفتوح المصدر رأيته على الإطلاق- مجموعة رائعة من الأدوات الافتراضية لتحليل الإشارات الطبية الحيوية