Meine Version des „Geräts für klare Träume“ ist eine kurze Geschichte und Beschreibung der ersten Version

Hinweis: Der Artikel dient nur zu Informationszwecken und stellt keine Aufforderung zur Wiederholung solcher Experimente zu Hause dar, da das Risiko einer Schädigung der körperlichen Gesundheit besteht (wenn Batterien und Fotowiderstände in Li-Ionen-Geräten verwendet werden).

Guten Tag, liebe Habrozuery und Habrozhet) Dies ist mein erster ernsthafter Artikel über das Habré, daher verspreche ich, so streng wie möglich zu urteilen, an Stil und Inhalt zu arbeiten.

Kurz über dich. Durch Ausbildung - Instrumentenbauer, Meister. Beruf: Unternehmer, ich bin Mitbegründer des Robocor-Netzwerks von Kinderrobotikclubs. Während seines Studiums an der Universität beschäftigte er sich mit verschiedenen Forschungsarbeiten auf dem Gebiet der medizinischen Messgeräte.

Lange Zeit über diese Entwicklungen zu sprechen, aber nicht alle Hände erreichten ...
Hintergrund. Seit meiner Kindheit habe ich oft sehr lebendige Träume gesehen. So handlungsorientiert und lebendig, dass ich ab dem siebten Lebensjahr nicht mehr faul war und eine beneidenswerte Hartnäckigkeit hatte, ein Traumtagebuch zu führen. Und dann, einmal im Jahr 2014, fiel mir einmal ein merkwürdiges Buch mit dem Titel „Dream Hackers“ in die Hände. Muss ich sagen, wie sehr mich das Phänomen interessiert hat, um das sich die Erzählung dreht? Besonders wenn man ein Tagebuch betrachtet, dessen Volumen für 2 Notizbücher mit jeweils 96 Blatt überschritten wurde und das seit 2012 auf einem Computer gespeichert ist.

Ein schnelles Googeln nach einer signifikanten anti-esoterischen Filterung brachte mich zu wissenschaftlichen Forschungen über Sabzh. Wie sich herausstellte, wurde der Beginn des Studiums des OS in der ersten Hälfte des 20. Jahrhunderts von einem gewissen niederländischen Psychologen, Frederick Van Eden, festgelegt. Sein Artikel „Eine Studie der Träume“ (Proceedings of the Society for Psychical Research, Band 26, S. 431), der auf die Klassifizierung von Träumen abzielte, enthielt den Begriff „klare Träume“, der wörtlich übersetzt „klare Träume“ bedeutet. Soweit ich weiß, war dies die erste Erwähnung dieses Phänomens in der wissenschaftlichen Gemeinschaft.

Jahre vergingen, aber erst 1975 führte der Wissenschaftler Ket Hearne (Keith Hearne, Schlaflabor der Hull (England) University) ein Experiment durch, das die Existenz des Betriebssystems wissenschaftlich bewies. Als Ergebnis des Experiments zeigte der experimentelle Alan Worley bewusste und vorgeplante Augenbewegungen, wenn er sich nach allen Angaben der Instrumente in einem Schlafzustand befand. Dieses Experiment wurde später vom Wissenschaftler Stephen Laberge von der Stanford University wiederholt.

Die Ergebnisse des Experiments wurden weithin bekannt, da Laberge einen großen Beitrag zur Popularisierung dieses Themas leistete. Dieser Wissenschaftler schlug auch das Konzept eines Geräts vor, das als "Auslöser klarer Träume" bezeichnet wird und es jedem ermöglicht, auch ohne lange Schulungssitzung in den OS-Zustand zu gelangen ...

Nachdem ich über den OS-Induktor gelesen hatte, konnte ich nicht mehr ruhig schlafen. Die Seele des Arduino wurde von einem unglaublichen Enthusiasmus entfacht! Tatsache ist, dass ich zu diesem Zeitpunkt bereits über alle Arten von Praktiken gelesen hatte, die es mir ermöglichten, mir eines Traums bewusst zu werden, und dass sie keineswegs zu Ergebnissen führten, ohne lange zu trainieren und an mir selbst zu arbeiten. Ein Traum, eine Jagd zu steuern!)

Nachdem ich die gesamte Vielfalt der OS-Induktoren untersucht hatte, mit denen der Markt voll war, sowie die hausgemachte Basis, von der es auch viele im Internet gab, erstellte ich einen Standard, dessen Kern auf den folgenden Wortlaut reduziert wurde: „Mach nicht Remee, sondern näher an Dreamstalker, aber nur bequemer“. Die technischen Anforderungen beschränkten sich auf vier Punkte:

1. Das Gerät sollte die Phase des REM-Schlafes zuverlässig bestimmen (und nicht "NE555 erraten", wie dies nach den Beschreibungen in früheren Versionen der Remee-Maske der Fall war).
   
2. Das Gerät sollte kompakt sein und den Schlafprozess nicht beeinträchtigen.
3. Das Gerät muss in der Lage sein, Informationen über den Schlafprozess zu sammeln und anzuzeigen, um echte Recherchen durchführen zu können und nicht nur im Betriebssystem zu spielen.
4. Das Gerät muss sicher zu bedienen sein.

Dies sind die Anforderungen ... Nekhilo für jemanden, der zu dieser Zeit kaum die Grundlagen der Arbeit mit Operationsverstärkern berührte und sich im Allgemeinen schlecht mit Schaltkreisen auskannte. Allerdings begannen das "junge Grün" und ich, uns zu entwickeln.

Zunächst beschloss ich, mich über die einfachste Frage zu wundern: Welche physiologischen Parameter ändern sich im Schlaf? Das Ergebnis der Suche war eine solche Tabelle (wenn jemand etwas hinzufügen kann - schreibe in die Kommentare, ich werde sehr glücklich sein):



Aufgrund meiner soliden Kenntnisse des Schulkurses in Biologie und Physik, mittelmäßiger Programmierkenntnisse in C ++ und LabVIEW sowie einiger Informationen aus dem Bereich der Messtechnik konnte ich ein Blockdiagramm des Geräts entwickeln. Es sah ungefähr so ​​aus:



Die Logik war wie folgt. Um das Messlabor nicht auf der Stirn einer Person zu blockieren (und nicht wie eine funktionierende, aber furchtbar unangenehme Dreamstalker-Maske zu werden), sollten alle Messblöcke von der Maske entfernt werden. Darüber hinaus waren die gefundenen Schemata von optischen Okulographen entweder zu komplex oder äußerst umständlich. Aber was ist mit der Registrierung eines Okulogramms? In der Tat sind Augenbewegungen in einem Traum das zuverlässigste Zeichen für die REM-Schlafphase!

Nun, dann habe ich beschlossen, dass es möglich sein wird, die REM-Schlafphase daran zu finden, da sich der Herzschlag dort auch irgendwie ändert. So erschien im Gerät ein bestimmtes Armband mit einem Impulssensor an Bord. Und nur die Funkeinheit und eine Handvoll LEDs blieben in der Maske, die durch einen Befehl von einem Computer eingeschaltet werden sollte.

Die logische Frage ist: Warum gibt es einen Computer und warum war es unmöglich, sofort Befehle vom Armband zu senden, wenn es die notwendigen Änderungen der Herzfrequenz erkennen würde? Erstens wusste ich nicht, welche Änderungen als „notwendig“ angesehen wurden. Außerdem hatte er zu dieser Zeit wenig Ahnung, wie ein menschliches Herzfrequenzdiagramm aussieht, wie ein Kardiointervalogramm und eine Herzfrequenzvariabilität aussehen ... Zweitens ist es viel einfacher und klarer, verschiedene komplexe Algorithmen in einer grafischen Entwicklungsumgebung zu schreiben, und die Suche nach der gewünschten Schlafphase per Herzschlag ist eindeutig einfache Algorithmen wurden nicht angewendet, und daher - LabVIEW zu helfen.

Schaltung

Maske:

1. Arduino Micro Pro Plattform (ATmega32U4 Stone)
   
2. LEDs WS2812B
3. Standard-Funkmodul mit einer Trägerfrequenz von 433 MHz
4. 200 mAh Li-Ionen-Akku
5. Das Lademodul für den Akku auf dem Chip TP4056

In der Reihenfolge der Auswahl der Komponenten. Die Micro Pro-Plattform wurde aufgrund ihrer Kompaktheit (aufgrund des Fehlens von CH3400 und des Vorhandenseins von integrierter PLL und USB, aber dies ist der Text) sowie des geringen Stromverbrauchs und des schönen Erscheinungsbilds ausgewählt.

Ich habe mich für adressierbare RGB-LEDs entschieden, weil ich sehen wollte, ob die Häufigkeit der Treffer im Betriebssystem mit der Farbe des stimulierenden Effekts korreliert. Ich weiß, was so lala klingt, aber wer weiß, richtig?)

Ich habe mich aus zwei Gründen für das 433-MHz-Modul entschieden: weil ich noch nichts anderes über WLAN ausprobiert hatte und weil ich nicht wusste, was für ein riesiges Schwein dieses Modul für mich bedeuten würde ... Bei Tests stellte sich heraus, dass es sich um eine sorgfältig gemessene Antenne handelte entlang der Kontur der Maske genäht, in der Nähe des Körpers zu sein, kann im Prinzip nicht funktionieren. Wie mir in der Gruppe der Funkamateure erklärt wurde, in der ich manchmal Fragen stelle, weil der menschliche Körper eine bestimmte Kapazität hat, die sehr bedeutsam ist, und aus diesem Grund die Frequenz des Empfängers verloren geht, weil er einen Schwingkreis und einen zusätzlichen hat Kapazität stört es. Ich verstehe das alles nicht, ich möchte nicht blamieren, ich sage nur, dass ich zu diesem Zeitpunkt keine Experimente mit der Maske durchführen konnte.

Ich habe mich für den Akku entschieden, weil er kompakt ist und eine Sicherheitsanforderung erfüllt: Eine am Nasenrücken montierte Lithium-Ionen-Zelle kann, obwohl sie eine geringe Kapazität hat, bei einer Explosion Augenschäden verursachen. Deshalb packte ich es, so gut ich konnte, von der Seite neben dem Gesicht in Plastik und ließ die gegenüberliegende Seite offen. Die Kompaktheit des Designs wurde nicht stark beeinträchtigt, fügte jedoch Ruhe hinzu, wenn auch unvernünftig.

Mit dem Lademodul ist alles einfach: Es ist fast der Industriestandard für alle Arten von hausgemachten Produkten, und hier habe ich mir um nichts Sorgen gemacht.

Armband:

1. Arduino Nano Plattform
2. Selbst gemachter optischer Herzfrequenzsensor (ich werde Ihnen später mehr darüber erzählen)
   
3. Standard-Funksendermodul (gleich 433 MHz)
4. Inhaber für vier AA
5. 4 Ni-Mh-Batterien mit jeweils 2700 mAh

Mit einem Armband war es besser. Ich habe die erste Version direkt auf dem Steckbrett gesammelt, und die Antenne des Sendemoduls lag nicht direkt auf dem Körper, daher funktionierte alles wie eine Uhr. Das einzige, was in der ersten Version des Armbands Beachtung verdient, ist der Herzfrequenzsensor, der fast mein größtes Problem war, da ich in der analogen Elektronik geschwommen bin.

Der Drehpunkt war ein sehr guter Artikel darüber, was Fotoplethysmographie ist und wie verschiedene Armbänder für die Fitness angeordnet sind. Nachdem ich die Funktionsweise von optischen Herzfrequenzsensoren untersucht hatte, begann ich nach vorgefertigten Schaltungslösungen zu suchen. Infolgedessen habe ich mich für dieses Schema entschieden, das sogar auf dem Steckbrett fast sofort funktionierte. Ich habe nicht nach einem Open-Channel-Optokoppler gesucht, der vom Autor des Artikels empfohlen wurde, und nur den TCRT5000 aus dem Leitungssensor herausgerissen, der versehentlich zu Hause herumlag. Ich habe den Operationsverstärker durch den gängigeren LM358 ersetzt.



Der Sensor wurde in Form eines Rings hergestellt, der an der Fingerspitze getragen wurde. Der TCRT5000 drückte ziemlich fest gegen die Haut, und das Signal vom Fototransistor wurde verstärkt und über die Drähte zum Mikrocontroller übertragen, wo es digitalisiert und weiter an die Behörden gesendet wurde.

Sendeeinheit:

1. Arduino Nano Plattform
2. Standard-Funkmodul mit einer Trägerfrequenz von 433 MHz
3. Standard-Funksendermodul (gleich 433 MHz)

Hier ist alles kitschig: Wenn das Armband Daten sendet, werden sie vom Empfänger empfangen und über den COM-Port an den Computer gesendet, wo sie von den fürsorglichen Pfoten meines selbstgeschriebenen VI getroffen werden. Die erste Version des virtuellen Instruments zeichnete dumm die ADC-Messwerte auf und versuchte nicht, selbst etwas zu analysieren. Als anschließend mehr oder weniger klar wurde, dass nicht das Pulsogramm, sondern das daraus aufgebaute Intervallogramm analysiert werden musste und Muster, die häufig in der Phase des BDG auftreten, erkannt wurden, wurden die Daten von VI an die Maske gesendet und gaben ein Signal zur Aktivierung der Stimulation. Aber bis zu diesem Punkt war es noch sehr weit))

Die erste Nacht mit einem Herzfrequenzmesser enthüllte sofort einige unangenehme Tatsachen.

Erstens: Aufgrund der Tatsache, dass sich in einem Traum der Blutfluss im Arm ändert (z. B. wenn ich meinen Arm beuge und lange in dieser Position bleibe), verliert der Sensor sein Signal und der Graph wird unleserlich. Automatisch die Verstärkung einstellen, dann konnte ich mir immer noch nicht vorstellen wie.
Zweitens: Der Sensor könnte das Signal aus heiterem Himmel verlieren, und das sehr niederfrequente Rauschen mit einer sehr großen Amplitude wird dem Diagramm selbst überlagert, wodurch es manchmal verschwindet. Unten sehen Sie einen Bildschirm mit Messwerten einer der ersten (aber nicht der ersten) Arbeitsversionen des virtuellen Geräts. Das Diagramm des Pulsogramms (rot) ist verkehrt herum, und das niederfrequente Rauschen ist an den unteren Spitzen zu sehen.



Die dritte Tatsache: Mit einem Steckbrett und vier Batterien an der Hand zu schlafen ist nicht ganz unmöglich, aber äußerst unangenehm. Wie es zuerst aussah, können Sie unten sehen (leider war außer den Fotos vom Diplom nichts von dieser Skizze übrig geblieben))



"Wir brauchen ernsthafte Verbesserungen!" - Ich sah mir die geknebelten Daten mit strenger Kohlsuppe an. Und zuerst habe ich mich entschlossen, den Sensor fertigzustellen, der zuerst benötigt wurde, um weiter am Gerät zu arbeiten.

Nachdem ich den Artikel über Fotoplethysmographen erneut gelesen hatte, stellte ich Folgendes fest: Aber warum habe ich tatsächlich ein Kabel um meinen Arm gewickelt, um einen IR-Optokoppler zu verwenden, wenn ich eine andere Farbe verwenden könnte? Ein Diagramm, das die Abhängigkeit des Lichtabsorptionskoeffizienten von Hämoglobin von der Wellenlänge veranschaulicht, wurde demselben Artikel entnommen.



Basierend auf der Grafik habe ich Grün als das am meisten vom Hämoglobin absorbierte in beiden Zuständen (sauerstoffhaltig und ungesättigt) gewählt. Infolgedessen wird der Sensor gerade für eine Änderung des Blutvolumens und nicht für eine Sauerstoffsättigung am empfindlichsten (ich vermutete, dass ich die niederfrequente Störung der Tatsache verdanke, dass sich die Empfindlichkeit des IR-Bereichssensors aufgrund der Blutsauerstoffsättigung erheblich ändert).

Unter dem Spoiler: Ich frage mich, ob es möglich ist, die Atemfrequenz nur durch dieses niederfrequente Geräusch zu überwachen.
Und alles wäre in Ordnung, aber Knebel: Was soll man als sensibles Element wählen? Nach einer kurzen Suche fand ich eine günstige Option - einen Fotowiderstand. Die Vorteile lagen auf der Hand: Der Spektralpeak in den gängigsten Modellen, nur um 500 nm, ist billig und seine Trägheit, die oft kritisiert wird, ist in diesem Fall nicht signifikant - der Herzschlag selbst ist nicht sehr schnell.

Von den Minuspunkten habe ich nur für mich selbst festgestellt, dass Fotowiderstände Cadmium und Blei enthalten (weshalb sie in einigen Ländern vollständig verboten waren), und es ist nicht sehr gut, sie in Geräten zu verwenden, die direkt mit dem Körper in Kontakt kommen. Aber - Wissenschaft erfordert Opfer, und ich habe die zweite Version des Sensors verpfuscht: auf zwei adressierbaren LEDs (die Wellenlänge ihrer grünen Farbe war laut Datenblatt genau die, die Sie brauchten). Ein Plus war die Tatsache, dass es nun möglich war, die Helligkeit programmgesteuert zu ändern und so die Empfindlichkeit anzupassen, wenn auch in kleinen Grenzen.



Wie Sie sehen können, blieb das Filter- und Verstärkungsschema für Analphabeten (aber nur minimal funktionierend) bestehen, und der Sensor erhielt jetzt bis zu zwei Drähte für die Kommunikation mit MK.

Bei der Zusammenstellung des Layouts zeigten die Tests eine signifikante Verbesserung der Messergebnisse. Der Sensor konnte zwar nicht "zur Reflexion" arbeiten (ich wollte das Armband zu einem vollwertigen Armband machen, aber es hat nicht funktioniert - das reflektierte Signal war zu schwach), aber es funktionierte gut im Lumen. Die niederfrequente Interferenz verschwand ebenfalls, wodurch der Signalverlust beendet wurde.

Die Entwicklung des Geräts ist in eine neue Phase eingetreten - nun wurden alle Anstrengungen darauf gerichtet, Daten zu sammeln und die gewünschte Schlafphase unter ihnen zu finden.

Aber mehr dazu im nächsten Artikel, aber die Zeit ist jetzt später, aber Sie können den Schlafmodus nicht unterbrechen.

PS Wenn der Wille der Leser, werde ich im Open Access alle Schaltpläne und Quellcodes des Projekts veröffentlichen, damit die Bytes nicht mit Staub auf meiner Festplatte bedeckt sind.

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