Продвижения центра композитных технологий книту-каи: «мы создаем будущее сейчас»

В качестве объекта продвижения нами был выбран Центр композитных технологий КНИТУ-КАИ (далее ЦКТ). Его деятельность направлена на развитие и совершенствование технологии композиционных материалов и конструкций из композитов (см. в Приложение 1). В Центре используется инновационное оборудование и программное обеспечение для отработки и компьютерного моделирования конструкций и технологических процессов.

Центром композитных материалов КНИТУ-КАИ проводятся исследовательские работы по композиционным материалам и пластикам: определение статической прочности, определение ударостойкости, исследование акустических свойств, физикохимический анализ свойств материалов. В том числе и с применением методов неразрушающего контроля.

Разработки ЦКТ КНИТУ-КАИ неоднократно демонстрировались на международных выставках и форумах самого высокого уровня.

Цель проекта: продвижение Центра композитных технологий как современного научного центра КНИТУ-КАИ

Задачи проекта:

• демонстрация результатов научных исследований научному сообществу;

• формирование представления о научном потенциале ЦКТ среди школьников и студентов Поволжья;

• информирование в сети интернет о научных достижениях ЦКТ.

В ходе успешной реализации нашего проекта будет повышена общая осведомленность о деятельности и научных результатах ЦКТ, сформирован уровень доверия местных СМИ к данному научному центру, а также привлечены заинтересованные в своей дальнейшей научной карьере студенты.

Критерии оценки эффективности проекта:

• количество студентов, принимающих участие в научно-исследовательской деятельности ЦКТ;

• количество участников в предложенных мероприятиях;

• количество публикаций, посвященных деятельности ЦКТ;

• количество посещений сайта, группы «ВКонтакте», подписчиков «Instagram».

Осипова О. С.

«Казанский национальный исследовательский технический университет им.А.Н.Туполева - КАИ»

Системы контроля бодрствования водителей

В современном мире человеко-машинных систем резко возрастает психофизиологическая нагрузка на составляющую этой системы – человека-оператора. Одним из самых опасных факторов «отказов» нормативной работы такой системы является дремота (засыпание) оператора даже тогда, когда перед каждым выходом на работу оператор проходит медицинскую проверку.

В системах водитель - транспортное средство, по оценкам экспертов ЕС, 30% аварий со смертельным исходом случается по причине засыпания водителя за рулем. Увеличивается количество исследований, посвященных проблеме создания систем контроля состояния оператора, однако наибольшую сложность представляет выбор эффективных критериев, которые позволили бы максимально точно и оперативно определять момент перехода от бодрствования ко сну.

Утомление — временное снижение работоспособности, вызванное длительной или интенсивной работой. Существует три вида утомления: физическое, умственное и эмоциональное. У водителя они чаще всего возникают одновременно, так он сочетает физический труд с умственной деятельностью и большим эмоциональным напряжением. Степень утомления зависит от продолжительности работы. Чем больше рабочий день водителя, тем более выражено утомление, более вероятны ошибки .

Причины утомления - избыточность или недостаточность информационной нагрузки, сложная или слишком однообразная дорожная обстановка. Опасные для водителя состояния, приводящие к утомлению - стресс и монотония (состояние заторможенности, возникающее при монотонной окружающей обстановке) . Для предотвращения дремоты (засыпания) водителя необходимо обнаружить функциональное состояние, ему предшествующее – сонливость.

Общий алгоритм работы систем контроля бодрствования заключается в получении данных об определенном показателе, их обработке, активации системы тревоги в случае, когда уровень бодрствования падает ниже критического. Существующие системы контроля бодрствования водителей делятся на 2 группы: с использованием физиологических и нефизиологических методик.

К нефизиологическим методикам относятся:

• Контроль стиля вождения (угловая скорость поворота руля, стандартное отклонение от траектории)

• Контроль внешнего поведения человека (частота моргания, угол наклона головы, PERCLOSE – отношение в % части интервала времени, в течение которого глаза закрыты на 80 и более %, ко всему интервалу)

• Определение времени реакции на стимул

Физиологические методики базируются на анализе электрофизиологических показателей, используемых для диагностики функциональных состояний - ЭКГ (электрокардиограммы), ЭЭГ (электроэнцефалограммы), КГР (кожно-гальванической реакции).

Наиболее точными и эффективными считаются физиологические методики, также существуют интегрированные методики (определяются несколько разнохарактерных показателей). Недостатками нефизиологических методик является зависимость от окружающей обстановки, положения водителя относительно камеры, ношения солнечных очков и т.д.

ЭЭГ описывают с использованием интервалов частот. Известно, что они связаны с сонливостью и бодрствованием, а именно: дельта (0.5-3 Гц), тета (3 -7.5 Гц), альфа (7.5 -13 Гц), бета1 (13-20 Гц), бета2 (20-30 Гц). Бодрствование характеризуется преобладанием частот альфа и бета активности. Сонливость характеризуется возрастанием ритмической альфа-активности. Дремота и засыпание характеризуются присутствием частот тета-активности. Для сна характерны высокие амплитуды тета и дельта-активности.

Величина КГР может служить показателем функционального состояния человека. Во сне, при потере бдительности величина сопротивления становится больше, а при высоком уровне активации организма (напр., в состоянии эмоционального напряжения) — понижается. Недостаток систем контроля бодрствования с ЭЭГ и КГР – необходимость ношения бейсболки с контактными электродами (ЭЭГ) либо перстня/браслета (КГР), что может мешать водителю.

По ЭКГ можно получить информацию о сердечном ритме (количестве ударов в минуту), вариабельности сердечного ритма (ВСР - зависимость длительности кардиоцикла от времени), деятельности сердечно - сосудистой системы (водителе ритма, электрической оси сердца, наличии аритмии и т.д.). Во время сна пульс уменьшается на 5-10 ударов в минуту, при продолжительной водительской деятельности уменьшается АД и ударный объем крови [1, с.11]. Актуальной является задача мониторинга состояния водителя по ЧСС, т.к. метод регистрации ЧСС – наиболее простой и быстрый (по максимумам сигнала ЭКГ).

Кафедра РТС занимается разработкой системы определения ЧСС по ЭКГ для контроля уровня бодрствования водителя, в ряде работ рассмотрены способы анализа аритмий сердца, детали построения системы связи пациента с центром наблюдения, включающей анализатор аритмий [4] [5]. Установлено, что при засыпании наблюдаются признаки брадикардии (ЧСС<60уд/мин), при стрессовом состоянии – признаки тахикардии (ЧСС>90уд/мин). Для определения брадикардии предложен уникальный алгоритм, базирующийся на временном анализе ЭКГ, сейчас стоит задача нахождения точного порога наступления утомления по ЧСС, обнаружения P-зубца, анализа его положения и формы.

Еще один перспективный метод контроля бодрствования - анализ спектральных и статистических показателей ВСР. При засыпании увеличивается средняя длительность кардиоцикла, СКО длительности кардиоцикла увеличивается, изменяется энергетический спектр ВСР – мощность диапазонов VLF (0,0033 – 0,04Гц) и LF (0,04 – 0,15 Гц) уменьшается, а HF (0,15 - 0,40 Гц) и RF (высокочастотного пика HF) увеличивается [6]. Информация о ВСР отображается на кардиоинтервалограмме – динамическом ряде кардиоинтервалов. Спектр ВСР можно получить путем обработки кардиоинтервалограммы быстрым преобразованием Фурье. Спектр характеризуется несколькими показателями:

LF/HF - отражает баланс влияния на сердце парасимпатического и симпатического отделов. В норме LF/HF = 1,5…2. Если данный коэффициент превышает 2, то это свидетельствует о том, что человек сильно мобилизован. Другая крайность - сильное расслабление, когда соотношение LF/HF<1.

TF позволяет оценить суммарную активности воздействий на ритм сердца вегетативной нервной системы. Зоной нормы считается величина 3466 ±1018мс2. Уменьшение мощности спектра указывает на симпатотонию, а увеличение – на ваготонию.

По ВСР можно определить стресс-индекс (индекс напряжения Баевского) путем построения гистограммы – кривой распределения кардиоинтервалов как случайных величин (основание – вариационный размах - разность между Max и Min кардиоинтервалом, по оси абсцисс - длительность кардиоинтервалов, по оси ординат – процент числа кардиоинтервалов с заданной длительностью). В норме ИН 50-150у.е., <50 – состояние расслабления, >150 – состояние стресса.

Для снятия ЭКГ в системах контроля применяются сухие или одноразовые электроды, помещаемые на руль или сиденье, но непригодные для длительных записей. Однако в последнее время появились разработки емкостных бесконтактных электродов (н-р, фирмы Plessey, UK), позволяющих регистрировать биоэлектрический сигнал на расстоянии 20-30см. В целом есть тенденция к созданию систем с интегрированными методиками, позволяющих регистрировать несколько показателей состояния человека-оператора, например, ЭКГ, изображение лица, стандартное отклонение от траектории и т.п.

В будущем возможно создание систем человеко-компьютерного интерфейса, что позволит проводить мониторинг состояния здоровья человека-оператора и своевременно проводить меры оказания помощи, давать рекомендации действий в сложных ситуациях.

Фадеева Н. С.

«Казанский национальный исследовательский технический

университет им.А.Н.Туполева - КАИ»