В результате проведения НИОКР по теме "Разработка унифицированного модуля съема ЭКГ в I стандартном отведении, предназначенного для интеграции в линейку тренажеров нового поколения" были сформированы требования к аппаратной части и осуществлена частичная сборка и испытания.
Рис. 2. Прототип стабилометрической платформы, интегрированной в конструкцию силового тренажера
Fig. 2. A prototype of a stabilometric platform integrated into the weight machine structure
Модуль съема ЭКГ представляет собой программно-аппаратный комплекс, интегрированный в гриф тренажера и состоящий (рис. 3):
1) из модуля съема ЭКГ;
2) акселерометра с барометром;
3) микроконтроллерного блока на базе Arduino Nano с WiFi;
4) модуля питания.
На макетной плате были проведены первичные испытания устройства (рис. 4), показавшие устойчивую работоспособность и заявленную функциональность устройства. Применение акселерометра с барометром с функцией определения углов позволило дополнить устройство дополнительной функцией: определение асимметрии движения грифа и подсчет количества движений во время выполнения упражнения.
В дальнейшем в стандартный гриф верхней тяги силового тренажера были интегрированы датчики регистрации ЧСС и все модули аппаратной части устройства (рис. 5).
Характеристики устройства съема ЭКГ:
- гриф диаметром 20 мм;
- постоянный мониторинг ЧСС, ЭКГ в I стандартном отведении;
- частота измерения ЭКГ: до 100 раз в секунду;
- определение количества подъемов/ опусканий грифа, асимметрий в положении грифа относительно горизонтальной плоскости не менее 3 градусов;
- частота опроса акселерометра и барометра: до 100 раз в секунду;
- время автономной работы до 36 ч.
Рис. 3. Аппаратная часть модуля съема ЭКГ в I стандартном отведении
Fig. 3. Hardware component of the I standard lead ECG scoring system
Рис. 4. Пример функциональных испытаний модулей на макетной плате
Fig. 4. An example of modules functional tests on a prototype board
Рис. 5. Процесс интеграции аппаратной части в стандартный гриф силового тренажера Fig. 5. The process of integrating hardware component into a standard weight machine bar
Заключение
Описанный перспективный проект НИР и НИОКР направлен на создание нового класса тренажерных устройств, обладающих функцией биологической обратной связи и постоянным мониторингом состояния пользователя. Наше представление о "тренажерах будущего" базируется на следующих возможностях интеллектуального спортзала:
1. Перед началом тренировочного процесса с человека снимаются его функциональные возможности на данный момент (тесты физической подготовленности, анализ состава тела, ЧСС/ЭКГ в покое и т. п.). Производится анализ данных и выдаются рекомендации по тренировочному процессу в зависимости от поставленных целей.
2. Тренирующийся устанавливает у себя в телефоне приложение, в котором отражается его индивидуальный план тренировок. В будущем в процессе тренировок он наблюдает динамику показателей тренированности, а также может видеть выбранные группы друзей, с которыми идет соревновательный процесс в достижениях поставленных целей.
3. Перед началом упражнения на дисплее тренажера высвечивается информация, где могут быть отражены предыдущие достигнутые показатели в этом упражнении, правильность выполнения, количество подходов на сегодня, весь цикл на данном тренажере. Программа на основе значений ЧСС определяет и подсказывает, когда необходимо закончить упражнение, дает команду к новому подходу/другому упражнению, если определяет, что сердечный ритм восстановился. Тренажер в момент может изменять нагрузку, если констатирует, что человек не справляется с заданной нагрузкой или, наоборот, нагрузка недостаточна.
4. После окончания тренировочного процесса все данные автоматически загружаются на сервер для хранения и анализа, выдачи рекомендаций. Данные отправляются на учетную запись пользователя и отображаются в веб-приложении или в приложении на смартфоне.
1. Список литературы / References
1. Casler, J.A. (1991). U.S. Patent No. 5,015,926. Washington, DC: U.S. Patent and Trademark Office.
2. Draft Strategy 2030. The Development Strategy of Physical Education and Sports in the Russian Federation Until 2030. Available at: https://www.minsport.gov.ru/activities/proekt-strategii-2030/
3. Habing, T.G., Habing, D.J., & Goodman, H. (1995). U.S. Patent No. 5,435,798. Washington, DC: U.S. Patent and Trademark Office.
4. Ku, T F. (1994). U.S. Patent No. 5,346,452. Washington, DC: U.S. Patent and Trademark Office.
5. Milburn, S.D., Courchesne, M.J., & Andreatta, T.J. (2002). U.S. Patent No. 6,447,431. Washington, DC: U.S. Patent and Trademark Office.
6. Neiger, H.J., Genot, C.M., Prud'Hon, G.C., & Schoens, M. (1987). U.S. Patent No. 4,678,184. Washington, DC: U.S. Patent and Trademark Office.
7. Passport of the Federal Project Creating Conditions for All Categories and Population Groups to Engage in Physical Education and Sports, Mass Sports, Including Increasing the Level of Provision of the Population with Sports Facilities and Preparing a Sports Reserve (Sport is the Norm of Life). Available at: https://rosmintrud.ru/ministry/programms/demography/5
8. Patent RU 193289 U1 Maksakov, D.G. (2019). Sportivnyj trenazher.
9. Paterson, D.F., & DuPont, M. (1989). U.S. Patent No. 4,865,315. Washington, DC: U.S. Patent and Trademark Office.
10. PLAN meropriyatij ("dorozhnaya karta") "Helsnet" Nacional'noj tekhnologicheskoj iniciativy. Available at: https://nti2035.ru/markets/docs/DK_healthnet.pdf
11. Sweeney Jr, J. S. (1982). U.S. Patent No. 4,358,105. Washington, DC: U. S. Patent and Trademark Office.
12. World Markets Healthcare. Available at: https://ihsmarkit.com/products/world-healthcare-markets. html
13. Zhu, Z. (2012). U.S. Patent Application No. 12/874,130.