Коллектив научных сотрудников ЮУрГУ исследуют пути совершенствованя взаимодействия человека и самых разных машин- от тренажеров до сложных комплексов. Они предложили называть такие системы – биокибернетическими. В результате экспериментов ученые пришли к выводу, что человек, как часть этих систем, обладает нестационарностью собственных состояний, которая исключительно влияет на работу системы. Ученые предложили «оцифровать» состояние человека при помощи его электрокардиограммы для того, чтобы уменьшить эту нестационарность и сделать человека более предсказуемой частью биокибернетической системы. А сами системы сделать более эффективными.
Оцифровка состояния человека
Доктор технических наук, профессор Владимир Кодкин и младший научный сотрудник Екатерина Артемьева опубликовали статью в высокорейтинговом научном журнале «Sensors» (Q1, Швейцария).
Ученые рассмотрели проблемы совершенствования современных систем взаимодействия человека и машины. Такие системы они «увидели», практически во всех современных сферах деятельности и их эффективность очень актуальна. Ученые называли системы взаимодействия человека и машин «биокибернетическими комплексами».
Анализ структурных схем таких систем показал, что важнейшей характеристикой структуры является слабая "оцифровка" человеческого состояния. Под "оцифровкой" понимается объективная идентификация человека как участника взаимодействия с различными «машинами», хотя бы близкая по точности и качеству к идентификации технических и кибернетических участников этого взаимодействия.
«Основной проблемой построения биокибернетической системы является нестационарность таких характеристик человека, как время и точность реакции на внешние возмущения, физическая или нервная усталость, способность выполнить необходимый объем физической и умственной работы и так далее. При этом, как правило, отсутствует объективная оценка этой нестационарности. Мы предлагаем решать эту проблему с помощью сигналов электрокардиограммы - наиболее доступной и точной информации о текущем состоянии человека», - говорит Владимир Кодкин.
.jpg)
Многочисленные специальные датчики с высокой точностью оценивают состояния технических комплексов биокибернетической системы. В настоящее время состояние человека оценивает только он сам. И подчас – эта оценка неточна и «нестационарна». В результате вся система –неэффективна. Без точной информации о человеке, как участнике взаимодействия очень сложно создать эффективную управляемую систему.
Согласно теории автоматического управления (ТАУ), для создания устойчивой и эффективной системы информация о состоянии объекта должна обновляться практически непрерывно. Это можно сделать при помощи сигнала электрокардиограммы (ЭКГ), но сигнал надо измерять несколько иначе, чем принято в кардиологии, где изучается «статическая» ЭКГ
Бесконтактная ЭКГ
С 2015 по 2020 годы ученые Южно-Уральского государственного университета проводили исследования по использованию бесконтактной ЭКГ для оценки состояния спортсменов. Были разработаны и изготовлены высокочувствительные регистраторы ЭКГ. Их схема отличается от традиционных детекторов и позволяет регистрировать сигналы через слой натуральной ткани или при не очень жестком контакте. Такая конструкция позволяет встраивать электроды в одежду и контролировать ЭКГ непрерывно и полностью без участия врачей и специалистов-медиков. В ходе исследований были получены ряд несколько неожиданных результатов:
«В ходе последних исследований были установлены некоторые особенности изменений ЭКГ при изменении уровня сахара в крови, которые не "замечаются" в кардиологии. Это изменения изолинии ЭКГ, которые стандартная электрокардиография считает помехами для "правильной" диагностики. Исследования проводились как с больными диабетом, так и со здоровыми людьми. Повышение уровня колебаний до значительных амплитудных значений происходит за 30-50 секунд, что намного меньше, чем 20-30-минутная задержка регистрации уровня сахара в крови, отмечаемая известными методами», - говорит Екатерина Артемьева.
Эти и ряд других исследований привели ученых к выводам о возможности использовать ЭКГ в системах самого разного назначения в которых состояние человека играет значительную роль. Исследования и моделирование процессов показали, что использование ЭКГ сделает биокибернетические системы более эффективными. Сигналы ЭКГ могут сообщать кибернетическим структурам о состоянии усталости или физической готовности человека к сложной работе, и смогут скорректировать работу технических комплексов в зависимости от конкретного состояния человека. Человек имеет шанс перестать быть «слабым» нестационарным звеном в сложнейших современных технических и производственных комплексах и смелее смотреть в будущую совместную с киберкомплексами многогранную жизнь.
Южно-Уральский государственный университет – это университет трансформаций, где ведутся инновационные исследования по большинству приоритетных направлений развития науки и техники. В соответствии со стратегией научно-технологического развития РФ университет сфокусирован на развитии крупных научных междисциплинарных проектов в области цифровой индустрии, материаловедения и экологии. В 2021 году ЮУрГУ победил в конкурсе по программе «Приоритет 2030». Вуз выполняет функции регионального проектного офиса Уральского межрегионального научно-образовательного центра мирового уровня (УМНОЦ).
СМИ о нас:
РИА Новости: В России нашли способ сделать человека "понятным" для машин
Российская газета: Ученые нашли способ сделать человека "понятным" для машин
Газета: Ученые ЮУрГУ нашли способ сделать человека «понятным» для машин
Live24: Российские ученые нашли способ сделать человека «понятным» для машин