Использование свободного программного обеспечения при разработке устройств для развития мозговой и физической активности (Владимир Симонов, OSEDUCONF-2022)

Ссылки сюда (1) →

Короткая ссылка: 20220520L

Докладчик

Владимир Симонов

Рассмотрена разработка устройств, компенсирующих статичную нагрузку на организм человека, возникающую при длительной работе за компьютерами и электронными устройствами, а также в условиях пандемии.

Разработанные устройства содержат программно-аппаратные решения, использующие свободное программное обеспечение (СПО), позволяющие пользователю улучшить показатели физической и мозговой активности.

Видео

on youtube

Презентация

300px

Thesis

Введение

В условиях пандемии и последовавшей за ней самоизоляции много людей проводят время в статичной сидячей позе за компьютером, гаджетами, что ведёт к гиподинамии. В большой степени указанное относится к преподавателям, вынужденным, вместо аудиторных занятий с определённым уровнем двигательной активности, проводить время за компьютером вследствие дистанционного режима организации занятий. Студентов гиподинамия коснулась также в большой степени.

Гиподинамия привела к снижению двигательной активности и к её неизбежным последствиям: нарушениям опорно-двигательного аппарата, кровообращения, дыхания, пищеварения, сердечно-сосудистой системы и пр. От преимущественно сидячего образа жизни ухудшается обмен веществ, появляются застои в тазовых органах, увеличивается общий вес тела.

Гиподинамия отрицательно сказывается на работе головного мозга — появляется общая слабость, бессонница, чрезмерная утомляемость, уменьшаются трудоспособность, умственная активность.

Бороться с уже проявившимися и укоренившимися последствиями гиподинамии значительно труднее, чем их локализовать, купировать в ходе их развития. Поэтому в группе кружка программирования, электроники и робототехники в Российском государственном социальном университете была поставлена и решена задача разработки специализированных устройств для преодоления влияния гиподинамии и для тренировки мозговой и физической активности. За несколько лет было разработано более десяти таких устройств, и здесь представлены наиболее типичные.

Решение задачи разработки устройств компенсации последствий гиподинамии

Разработанные устройства относятся к программно-аппаратным средствам и основаны на микроконтроллерных и микропроцессорных платформах Raspberry Pi, Arduino, IskraJS, разнообразных электронных и электромеханических компонентах и т.д. Устройства размещались в специально разработанных корпусах, для чего применялось 3D-прототипирование и печать.

Для программирования применялось свободное программное обеспечение, например, для Arduino использовался язык С++ (версия Wiring).

Устройство 1: отслеживание осанки и времени работы за компьютером

Данное устройство вносит весомый вклад в решение поставленной задачи, в особенности для учащейся молодёжи. Здесь контролируются несколько параметров: поза человека (а именно, сгорбился человек, или сидит прямо); допустимое для данной категории работников максимальное непрерывное время работы за компьютером. Имеется дополнительная функция сигнализации о недопустимой контрастности экрана компьютера по отношению к фону. Функционирование устройства состоит в следующем.

1. При превышении максимально допустимого времени пребывания за компьютером устройство сигнализирует и выдаёт настойчивые сигналы о необходимости сделать перерыв в занятиях.
2. Если осанка нарушена, прибор настойчиво сигнализирует об этом. Устройство выдаёт запрос на приведение позы в нормальное положение.
3. Если контрастность (соотношение яркости экрана по отношению к яркости фона) недопустима, прибор также настойчиво сигнализирует об этом. Автор данного проекта — Белан А. В., выпускник магистратуры Российского государственного социального университета, научный руководитель В. Л. Симонов.

Это устройство было протестировано в нескольких организациях, включая среднюю школу и университет. Были получены положительные результаты.

Устройство 2: биатлон в помещении

Этот достаточно перспективный проект позволяет в перерыве между занятиями выполнять активные двигательные действия, аналогичные соревнованию «Биатлон», а именно:

• провести серию выстрелов из лазерного пистолета;
• пройтись быстрым шагом или пробежать определённое расстояние;
• повторить серию выстрелов из лазерного пистолета и снова преодолеть дистанцию.

Таким образом, соревнуются несколько человек. При выполнении вышеперечисленных действий очки начисляются с учётом противоположных (по эффекту) действий: стрельбы из пистолета и перемещения (ходьбы или бега) по дистанции. В итоге побеждает тот, у кого твёрдая рука, и достаточно быстро передвигается. Студенты с удовольствием использовали данный проект.

Устройство 3: «Запомни и воспроизведи цветовую последовательность»

Целью третьего проекта «Запомни и воспроизведи цветовую последовательность» является создание игры для тренировки памяти на базе платформы для разработки электронных устройств Arduino Uno. Здесь тренируется память пользователя.

Сущность игры состоит в следующем. Электронное устройство вырабатывает цветовую последовательность (зажигание разноцветных светодиодов), которую следует запомнить и воспроизвести путём нажатия на соответствующие кнопки. С каждым шагом количество выработанных комбинаций увеличивается на одну. Для лиц с ограниченными возможностями здоровья по зрению предусмотрены звуки разных тонов. В результате сбора статистики было отмечено, что педагоги среднего и старшего возраста в среднем смогли воспроизвести последовательность из 25—30 шагов. Студенты воспроизводили иногда до 45—50 шагов.

Данная разработка является доступной для большого количества людей за счёт использования СПО и может применяться в образовательных целях. Все материалы, использованные при создании проекта, имеются у большинства не только разработчиков, но и людей без специальной подготовки, а используемое программное обеспечение является бесплатным с открытым исходным кодом и не требует дополнительной установки, так как является информационной системой с веб-интерфейсом. Данный проект разработан для условий пандемии, когда физическая и умственная активность людей снижена.

Отметим, что представленные разработки преследует в первую очередь учебные цели, в особенности, включая обучение лиц с ограниченными возможностями здоровья, и не претендует на полноту соответствия требованиям к серийно выпускаемым изделиям.

Выводы

Разработаны устройства, компенсирующие статичную нагрузку на организм человека, гиподинамию, возникающую при длительной работе за компьютерами, электронными устройствами и в условиях пандемии. Разработанные устройства содержат программно-аппаратные решения, использующие свободное программное обеспечение (СПО), позволяющие пользователям улучшить показатели физической и мозговой активности, о чём свидетельствуют замечания и отзывы всех, кто воспользовался разработками.

Ссылка на проект «Запомни и воспроизведи цветовую последовательность» (приведён фрагмент программного кода): [1]