В Таганроге разработали не имеющий аналогов тренажер для диагностики и тренировки дыхания

Команда преподавателей и студентов ИРТСУ ЮФУ разработала пневмотренажер для диагностики и тренировки функций внешнего дыхания. Прибор поможет профилактике осложнений и послужит реабилитации при заболеваниях дыхательных путей.

Полезная новинка создается под руководством кандидата технических наук, заведующего кафедрой встраиваемых и радиоприемных систем Института радиотехнических систем управления ЮФУ Сергея Синютина.

Статистика Всемирной организации здравоохранения в 2023 году свидетельствует: болезни органов дыхания занимают четвертое место в списке причин смерти взрослого населения. Астма и пневмония, коронавирусная инфекция повреждают дыхательную систему организма, нарушая важнейшие функции. Патологические изменения остаются и после относительного выздоровления — меняется упругость и эластичность тканей. Врачи, как правило, предлагают пациентам заниматься дыхательными практиками для поддержки физического состояния, чтобы восстанавливать легочную ткань, мышцы, нервные окончания.

Любое дыхательное упражнение направлено на изменение двух параметров: объема вдыхаемого и выдыхаемого воздуха и силы потока воздуха, проходящего через верхние дыхательные пути. Параметры возможно отобразить в виде кривой в системе координат. Когда естественная для здорового человека траектория кривой меняется, это говорит о нарушениях в дыхательной системе. Насколько пациент способен самостоятельно оценить свое состояние и размер необходимой нагрузки? А новый тренажер может записать данные дыхательной статистики, и это позволит проанализировать работу легких пользователя данной аппаратуры.

На кафедре ВиРС сегодня проходит доработку прибор (прототип уже создан) с небольшими габаритами, который успевший заинтересовать многочисленных потенциальных партнеров. С большой вероятностью этот пневмотренажер появится в скором времени на рынке по вполне доступной цене.

Портативный прибор состоит из трубки с датчиками регистрации скорости движения воздуха, насыщения углекислого газа, температуры воздуха и некоторых других параметров. Когда человек дышит в трубку, поток воздуха поступает на датчик, подключенный к микроконтроллеру, который обрабатывает и передает данные по радиоканалу на андроид-устройство. А приложение в андроид-устройстве отображает эти данные в виде тренажно-игровой картинки.

Тренажер показан людям с патологиями легких, переболевшим пневмонией разного характера, спортсменам, которые смогут подобрать индивидуальные тренировочные программы для повышения выносливости. Подойдет он также дикторам и детям — для развития речевого дыхания. Во время работы с проектом студенты провели социальный опрос среди 49 мужчин и женщин в возрасте от 18 до 55 лет, делающих дыхательную гимнастику. Разработчики, проанализировав продукцию возможных конкурентов, убедились — аналогов у их «детища» пока нет.

Еще на первом курсе, когда мы начинали учебу, наш куратор, Оксана Юрьевна Шпаковская,  предложила заняться реализацией проекта аппаратно-программного комплекса для тренировки внешнего дыхания. Мы создали на институтском 3D принтере корпус для него — синюю небольшую коробку. Мундштук прибора разработан с учетом стандартного размера горла человека. Написали специальную программу на компьютере, все совместили и получился тренажер. А сейчас занимаемся дальнейшем развитием и усовершенствованиями, планируем переписывать его на другую программу, — рассказывает  Жанна Овсянникова, студентка ЮФУ ИРТСУ кафедры ВиРС.

В качестве представителя команды Жанна успешно презентовала концепт пневмотренажера на проектно-инвестиционной сессии «Sfedu Exponent», став победителем акселератора SfeduNet 7 Pro. Прибор также взял высшую награду на международной Олимпиаде «IT-Планета 2023» и в программе «Неограниченные возможности» Министерства науки и высшего образования Российской Федерации.

Акселераторы  — это всероссийские программы, которые  помогают реализовать стартапы студентов, предоставляют для этого образовательные ресурсы. На определенной стадии подготовки проекта можно подать заявку на грант и получить дополнительные средства для его завершения.  Координаторы помогут, предоставят нужное оборудование, расскажут, как прийти к реализации своего проекта.

Сейчас будем адаптировать тренажер с помощью другого программного языка. Уже работает программа «пинг-понг».  Прибор связывается с телефоном, снизу и сверху изображены платформы, и шарик движется на экране телефона. Когда вы дышите, прибор, учитывая объем и поток воздуха, отображает его графически: вы «управляете» с помощью дыхания нижней платформой, стремясь «отбить» шарик. Здесь начинает работать геймификация: увлеченный игрой человек 10 минут производит нужную тренировку, и это совсем не скучно, — поясняет Жанна Овсянникова.

Другие возможные «игры» с тренажером — «надуть воздушный шарик» за предложенное время, который, как реальный, обладает сопротивлением, поэтому необходимо приложить усилия. Или другой пример тренажно-игровой картинки: резким выдохом сдуть все лепестки у цветка. Изменяя параметры процесса, можно потихоньку усложнять задачу, достигая лечебного эффекта.

Это интересно и полезно. Данная разработка вправду сможет помочь многим людям. Когда нам предложили участвовать в этом проекте, оказалось неожиданно и даже немного пугающе: вдруг что-то пойдет не так. Но мы увлеклись, страхи улетучились. Инновационные программные и аппаратные компоненты обеспечивают правильную технику дыхания.  Аппарат можно использовать в домашних условиях, правильно подобрать индивидуальную нагрузку, интенсивность и длительность тренировки. Прибор позволит оценить состояние дыхательной системы, заниматься ее мониторингом на постоянной основе и установить идеальный предел нагрузки с помощью тренировочного теста, выстроить правильный подход, — рассказала еще одна студентка кафедры ВиРС ИРТСУ ЮФУ Елизавета Емелина, которая также занимается усовершенствованием прибора в команде разработчиков.

В планах команды — включение в комплект подставки для удобства тренировок, разработка запасных насадок. Сегодня прибор проходит лабораторное тестирование, идет подготовка документации для изготовления опытных образцов и их клинических испытаний.

Проектная деятельность сейчас очень востребована. На кафедре будущих молодых специалистов сразу привлекают к проектам, у которых уже есть потенциальные заказчики.

Проект в первую очередь ведет Сергей Синютин. Студенты участвуют в разработке реальных кейсов с перспективой выхода на рынок. Мы посчитали правильным во время исследований доверить часть посильной работы студентам: они изучают свои возможности, чувствуют уверенность —  пояснила аспирант кафедры Оксана Шпаковская. —  А попутно мы стараемся привлекать студентов во всероссийские программы,    чтобы они занимались маркетингом, могли просчитать настоящие расходы, общаться с потенциальными партнерами, контактировать с будущими инвесторами и потребителями, находить новые каналы сбыта, дорабатывать «упаковку» продукта. Студенты учатся защищать проекты. Они также генерируют идеи. У ребят свой взгляд. Например, интерфейс прибора совершенно по-своему видит магистрант Инна Казакова, которая выступает дизайнером проекта, и это — прекрасная эргономичная форма. Трудятся ребята под началом доцента кафедры и кандидата технических наук Антонины Леоновой, — подчеркнула куратор.

Преподаватели и исследователи вовлекают инициативных молодых людей в проекты, они занимаются этим дополнительно, помимо занятий в университете.

Мы приглашаем абитуриентов на нашу кафедру, на направление «Конструирование и технология электронных средств». Здесь они могут освоить проектную деятельность, будут уметь делать всё, — уверена Оксана Шпаковская.

Марина ДАРЕНСКАЯ, фото пресс-службы ЮФУ и предоставленное разработчиками