Catatan: artikel ini ditulis hanya untuk tujuan informasi dan bukan merupakan panggilan untuk mengulangi eksperimen seperti itu di rumah karena potensi risiko membahayakan kesehatan fisik (jika baterai dan fotoresistor digunakan dalam perangkat Li-ion).
Selamat siang, habrozuery dan habrozhet yang baik) Ini adalah artikel serius pertama saya tentang Habré, oleh karena itu, HAK SESUAI DENGAN KERAS mungkin, saya berjanji untuk mengerjakan gaya dan konten.
Secara singkat tentang diri Anda. Dengan pendidikan - pembuat instrumen, master. Pekerjaan: wirausaha, saya adalah salah satu pendiri jaringan Robocor klub robotika anak-anak. Selama studinya di universitas ia terlibat dalam berbagai jenis penelitian di bidang alat ukur medis.
Lama akan berbicara tentang perkembangan ini, tetapi semua tangan tidak mencapai ...
Latar belakang Sejak kecil, saya sering melihat mimpi yang sangat jelas dan nyata. Jadi plot dan jelas bahwa saya tidak malas sejak usia tujuh dengan kegigihan yang patut ditiru untuk menyimpan buku harian mimpi. Dan kemudian, sekali, pada tahun 2014, sebuah buku aneh berjudul "Dream Hackers" jatuh ke tangan saya. Perlu saya katakan seberapa besar saya tertarik pada fenomena di sekitar mana narasi itu dibangun? Terutama ketika mempertimbangkan buku harian yang telah melebihi volume untuk 2 notebook masing-masing 96 lembar, dan sejak 2012 telah disimpan di komputer.
Googling cepat, setelah penyaringan anti esoteris yang signifikan, membawa saya ke penelitian ilmiah tentang sabzh. Ternyata, awal studi OS di paruh pertama abad ke-20 diletakkan oleh seorang psikolog Belanda tertentu, Frederick Van Eden. Artikelnya, "A Study of Dreams" (Prosiding Society for Psychical Research, Volume 26, hlm. 431), bertujuan untuk mengklasifikasikan mimpi, berisi istilah "mimpi jernih," yang secara harfiah diterjemahkan sebagai "mimpi yang jelas." Sejauh yang saya tahu, ini adalah penyebutan pertama dari fenomena ini dalam komunitas ilmiah.
Bertahun-tahun berlalu, tetapi hanya pada tahun 1975, ilmuwan tidur-laboratorium Universitas Ket Hearne (Keith Hearne, Hull) melakukan percobaan yang secara ilmiah membuktikan keberadaan OS. Sebagai hasil dari percobaan, percobaan Alan Worley menunjukkan gerakan mata sadar dan pra-rencana ketika, menurut semua indikasi instrumen, ia dalam keadaan tidur. Eksperimen ini kemudian diulangi oleh ilmuwan Stephen Laberge dari Stanford University.
Hasil percobaan menjadi dikenal luas, karena Laberge memberikan kontribusi besar untuk mempopulerkan topik ini. Ilmuwan ini juga mengusulkan konsep perangkat yang disebut "penginduksi mimpi jernih" yang akan memungkinkan siapa pun, bahkan tanpa sesi latihan yang panjang, untuk memasuki ...
Setelah saya membaca tentang induktor OS, saya tidak bisa tidur dengan tenang. Jiwa arduino dinyalakan oleh ledakan antusiasme yang luar biasa! Faktanya adalah bahwa pada saat itu saya sudah membaca tentang semua jenis praktik yang memungkinkan saya untuk menyadari mimpi, dan semuanya, tidak berarti, menghasilkan hasil tanpa pelatihan panjang dan bekerja pada diri saya sendiri. Mimpi untuk mengarahkan perburuan!)
Setelah mempelajari seluruh variasi induktor OS, yang dipenuhi pasar, serta pangkalan buatannya, yang juga banyak terdapat di Web, saya membuat standar, esensi yang direduksi menjadi kata-kata berikut: "Make not Remee, tetapi lebih dekat dengan Dreamstalker, tetapi hanya lebih nyaman". Persyaratan teknis diringkas menjadi empat poin:
- Perangkat harus dapat menentukan fase tidur REM (dan tidak "menebak NE555", seperti yang dilihat dari deskripsi, dalam versi sebelumnya dari topeng Remee);
- Perangkat harus kompak dan tidak mengganggu proses tidur;
- Perangkat harus dapat mengumpulkan dan menampilkan informasi tentang proses tidur untuk melakukan penelitian nyata, dan tidak hanya bermain di OS;
- Perangkat harus aman digunakan.
Itulah persyaratannya ... Nekhilo untuk seseorang yang pada saat itu nyaris tidak menyentuh dasar-dasar bekerja dengan amplifier operasional, dan umumnya kurang berpengalaman dalam sirkuit) Namun, "hijau muda", dan saya mulai berkembang.
Pertama-tama, saya memutuskan untuk dibuat bingung oleh pertanyaan paling sederhana: parameter fisiologis apa yang berubah selama tidur? Hasil pencarian adalah tabel seperti itu (jika ada yang bisa menambahkan - menulis di komentar, saya akan sangat senang):
Pengetahuan yang kuat tentang kursus sekolah dalam biologi dan fisika, ditambah dengan keterampilan pemrograman yang biasa-biasa saja dalam C ++ dan LabVIEW, serta kepemilikan beberapa informasi dari bidang teknologi pengukuran, memungkinkan saya untuk mengembangkan diagram blok perangkat. Itu terlihat seperti ini:
Logikanya adalah sebagai berikut. Agar tidak memblokir laboratorium pengukur di dahi seseorang (dan tidak menjadi seperti topeng Dreamstalker yang bekerja, tetapi sangat tidak nyaman), semua balok pengukur dari topeng harus dihilangkan. Selain itu, skema yang ditemukan dari optical oculographs terlalu rumit atau sangat rumit. Tetapi bagaimana dengan mendaftarkan oculogram, Anda bertanya? Memang, gerakan mata dalam mimpi adalah tanda yang paling dapat diandalkan dari fase tidur REM!
Nah, kemudian saya memutuskan bahwa karena detak jantung juga berubah di sana, maka mungkin untuk menemukan fase tidur REM dengan itu. Dengan demikian, gelang tertentu muncul di perangkat, dengan sensor pulsa terpasang. Dan hanya unit radio dan segel LED yang tersisa di topeng, yang seharusnya dinyalakan oleh perintah dari komputer.
Pertanyaan logisnya adalah: mengapa ada komputer, dan mengapa tidak mungkin untuk segera mengirim perintah dari gelang ketika akan mendeteksi perubahan yang diperlukan dalam detak jantung? Pertama, saya tidak tahu perubahan mana yang dianggap “perlu”. Terlebih lagi, pada waktu itu, ia tidak tahu seperti apa diagram denyut jantung manusia, seperti apa cardiointervalogram dan variabilitas detak jantung ... Kedua, jauh lebih mudah dan lebih jelas untuk menulis algoritma kompleks yang berbeda dalam lingkungan pengembangan grafis, dan pencarian fase tidur yang diinginkan dengan detak jantung jelas untuk algoritma sederhana tidak berlaku, dan karenanya - LabVIEW untuk membantu.
Sirkuit
Topeng:
- Platform Arduino Micro Pro (ATmega32U4 Stone)
- LED WS2812B
- Modul radio standar dengan frekuensi pembawa 433 MHz
- Baterai Li-ion 200 mAh
- Modul pengisian daya baterai pada chip TP4056
Dalam urutan pilihan komponen. Platform Micro Pro dipilih karena kekompakannya (karena kurangnya CH3400 dan kehadiran built-in PLL dan USB, tapi ini lirik), serta konsumsi daya yang rendah dan penampilan yang bagus.
Saya memilih LED RGB yang dapat dialamatkan karena saya ingin melihat apakah frekuensi hit pada OS akan berkorelasi dengan warna efek yang merangsang. Saya tahu apa yang terdengar begitu-begitu, tetapi siapa yang tahu, kan?)
Saya memilih modul 433 MHz karena dua alasan: karena saya belum mencoba yang lain dari nirkabel, dan karena saya tidak tahu apa babi kolosal modul ini bagi saya ... Ketika sampai pada pengujian, ternyata antena diukur dengan cermat, Dijahit di sepanjang kontur topeng, yang dekat dengan tubuh, pada prinsipnya, tidak bisa bekerja. Seperti yang saya jelaskan dalam grup Radio Amatir, di mana saya kadang-kadang bertanya, karena tubuh manusia memiliki kapasitas tertentu, yang sangat signifikan, dan karena ini frekuensi penerima hilang, karena memiliki sirkuit berosilasi, dan tambahan kapasitas mengganggu itu. Saya tidak mengerti semua itu, saya tidak ingin mempermalukan, saya hanya akan mengatakan bahwa pada saat itu saya tidak dapat melakukan percobaan dengan topeng.
Saya memilih baterai karena kekompakannya, mengorbankan persyaratan keamanan: sel lithium-ion yang dipasang di pangkal hidung, meskipun memiliki kapasitas kecil, dapat menyebabkan kerusakan pada mata selama ledakan. Karena itu, sebisa mungkin, saya mengemasnya dalam plastik dari sisi yang berdekatan dengan wajah, dan membiarkan sisi yang berlawanan terbuka. Kekompakan desain tidak banyak terpengaruh, tetapi menambahkan ketenangan, meskipun tidak masuk akal.
Dengan modul pengisian daya, semuanya sederhana: hampir merupakan standar industri untuk semua jenis produk buatan rumah, dan di sini saya tidak khawatir tentang apa pun.
Gelang:
- Platform Arduino Nano
- Sensor detak jantung optik buatan rumah (saya akan memberi tahu Anda lebih banyak tentangnya nanti)
- Modul pemancar radio standar (sama 433 MHz)
- Dudukan untuk empat AA
- 4 baterai Ni-Mh masing-masing pada 2.700 mAh
Dengan gelang, segalanya menjadi lebih baik. Saya mengumpulkan versi pertama langsung di papan tempat memotong roti, dan antena modul transmisi tidak terletak langsung di badan, oleh karena itu semuanya bekerja seperti jam. Satu-satunya hal yang patut mendapat perhatian di versi pertama gelang adalah sensor detak jantung, yang hampir menjadi masalah terbesar saya, karena saya berenang di elektronik analog.
Titik tumpu adalah artikel yang sangat bagus tentang apa photoplethysmography itu dan bagaimana gelang yang berbeda untuk kebugaran diatur. Setelah meninjau esensi pengoperasian sensor detak jantung optik, saya mulai mencari solusi rangkaian yang sudah jadi. Akibatnya, saya memutuskan skema ini, yang bekerja hampir dengan cepat bahkan di papan tempat memotong roti. Saya tidak mencari optocoupler saluran terbuka, yang direkomendasikan oleh penulis artikel, dan hanya merobek TCRT5000 dari sensor garis, yang secara tidak sengaja tergeletak di rumah. Saya mengganti amplifier operasional dengan LM358 yang lebih umum.
Sensor itu dibuat dalam bentuk cincin yang dikenakan di ujung jari. TCRT5000 menekan agak ketat pada kulit, dan sinyal dari fototransistor diperkuat dan ditransmisikan melalui kabel ke mikrokontroler, di mana ia didigitalkan dan dikirim lebih jauh ke pihak berwenang.
Unit transmisi:
- Platform Arduino Nano
- Modul radio standar dengan frekuensi pembawa 433 MHz
- Modul pemancar radio standar (sama 433 MHz)
Semuanya klise di sini: ketika gelang mengirim data, itu diterima oleh penerima, dan melalui port COM mereka mengirimkannya ke komputer, di mana mereka bertemu dengan cakar peduli VI saya yang ditulis sendiri. Versi pertama dari instrumen virtual itu dengan bodohnya merencanakan pembacaan ADC, dan tidak mencoba menganalisis apa pun itu sendiri. Selanjutnya, ketika menjadi lebih atau kurang jelas bahwa itu perlu untuk menganalisis bukan pulsogram, tetapi intervalogram dibangun dari itu, dan pola yang sering terjadi pada fase BDG terdeteksi, data mulai dikirim dari VI ke topeng, memberikan sinyal untuk mengaktifkan stimulasi. Tetapi sampai saat ini masih sangat jauh))
Malam pertama dengan monitor detak jantung segera mengungkapkan beberapa fakta yang tidak menyenangkan.
Pertama: karena kenyataan bahwa dalam mimpi aliran darah di lengan berubah (misalnya, ketika saya menekuk lengan saya dan tetap dalam posisi ini untuk waktu yang lama), sensor kehilangan sinyal dan grafik menjadi tidak terbaca. Secara otomatis menyesuaikan gain maka saya masih tidak bisa membayangkan caranya.
Kedua: sensor dapat kehilangan sinyal secara tiba-tiba, dan noise frekuensi sangat rendah dengan amplitudo sangat besar ditumpangkan pada grafik itu sendiri, karena itu kadang-kadang menghilang. Di bawah ini adalah layar bacaan dari salah satu versi pertama yang berfungsi (tetapi bukan yang pertama) dari perangkat virtual. Grafik pulsogram (merah) terbalik, dan noise frekuensi rendah dapat dilihat di puncak yang lebih rendah.
Fakta ketiga: tidur dengan papan tempat memotong roti dan empat baterai di tangan Anda tidak sepenuhnya mustahil, tetapi sangat tidak nyaman. Bagaimana kelihatannya pada awalnya, Anda dapat melihat di bawah ini (sayangnya. Selain foto-foto dari diploma, tidak ada yang tersisa dari sketsa itu)))
"Kami perlu perbaikan serius!" - Melihat data yang tersumbat, dengan sup kubis keras saya menyimpulkan. Dan pertama-tama saya memutuskan untuk menyelesaikan sensor, yang diperlukan pertama-tama untuk terus bekerja pada perangkat.
Setelah membaca ulang artikel tentang photoplethysmographs, saya menyadari yang berikut: tetapi mengapa, sebenarnya,
saya membungkus kabel di lengan saya untuk menggunakan IR optocoupler jika saya bisa menggunakan warna lain? Grafik yang menggambarkan ketergantungan koefisien serapan cahaya hemoglobin pada panjang gelombang diambil dari artikel yang sama.
Berdasarkan grafik, saya memilih hijau sebagai yang paling banyak diserap oleh hemoglobin di kedua keadaannya (teroksigenasi dan tidak jenuh). Akibatnya, sensor akan menjadi paling sensitif terhadap perubahan volume darah, dan bukan pada saturasi oksigen (saya curiga saya berutang gangguan frekuensi rendah pada kenyataan bahwa sensitivitas sensor rentang IR berubah secara signifikan karena saturasi oksigen darah).
Di bawah spoiler: Saya ingin tahu apakah mungkin untuk memantau laju pernapasan hanya dengan kebisingan frekuensi rendah ini.
Dan semuanya akan baik-baik saja, tetapi lelucon: apa yang harus dipilih sebagai elemen sensitif? Setelah pencarian singkat, saya menemukan opsi yang murah - sebuah photoresistor. Keuntungannya jelas: puncak spektral dalam model paling umum, hanya sekitar 500 nm, murah, dan kelembamannya, yang sering dikritik, tidak signifikan dalam kasus ini - detak jantung itu sendiri tidak terlalu cepat.
Dari minusnya, saya mencatat untuk diri saya sendiri bahwa fotoresistor mengandung cadmium dan timah (itulah sebabnya mereka sepenuhnya dilarang di beberapa negara), dan itu tidak baik untuk menggunakannya dalam peralatan yang secara langsung menghubungi tubuh. Tetapi - sains membutuhkan pengorbanan, dan saya memutarbalikkan versi kedua dari sensor: pada dua LED yang bisa dialamatkan (panjang gelombang warna hijau mereka, menurut lembar data, hanya yang Anda butuhkan). Nilai plus adalah fakta bahwa sekarang dimungkinkan untuk mengubah kecerahan secara terprogram, sehingga menyesuaikan sensitivitas, meskipun dalam batas kecil.
Seperti yang Anda lihat, skema penyaringan dan amplifikasi yang buta huruf (tetapi kurang berfungsi) tetap ada, dan sensor sekarang mendapatkan sebanyak dua kabel untuk komunikasi dengan MK.
Ketika tata letak dirakit, tes menunjukkan peningkatan yang signifikan dalam hasil pengukuran. Meskipun sensor tidak dapat bekerja "untuk refleksi" (saya ingin membuat gelang menjadi gelang yang lengkap, tetapi tidak berhasil - sinyal pantulannya terlalu lemah), tetapi bekerja dengan baik di lumen. Gangguan frekuensi rendah juga hilang, yang mengakhiri hilangnya sinyal.
Pengembangan perangkat telah memasuki tahap baru - sekarang semua upaya telah diarahkan untuk mengumpulkan data dan mencoba menemukan fase tidur yang diinginkan di antara mereka.
Tetapi lebih banyak tentang itu di artikel berikutnya, tetapi waktunya sekarang nanti, tetapi Anda tidak dapat menghentikan mode tidur)
PS Jika kehendak pembaca, saya akan memposting di akses terbuka semua skema dan kode sumber proyek, sehingga byte tidak ditutupi dengan debu pada hard disk saya.
Segala macam kegunaan:
- Buku "Keterampilan mimpi yang jelas", yang merupakan koleksi informasi ilmiah yang paling komprehensif tentang subjek;- produk sumber terbuka buatan sendiri paling keren yang pernah saya lihat- Pilihan instrumen virtual yang keren untuk menganalisis sinyal biomedis