«Умная среда обитания» на примере создания модели «Кровать-будильник»

В статье рассказывается о возможности создания «умной кровати», использование которой приведёт к полноценному сну, здоровому пробуждению и, как следствие, хорошему самочувствию человека в течение всего дня.

Ключевые слова: «умная среда обитания», здоровье, комфорт, фазы сна,алгоритм, конструктор LEGO.

Вы когда-нибудь представляли, каким может быть город будущего? Скорее всего, что в будущем нас будет окружать «умная среда обитания». У каждого будет свой «умный дом», в котором будет много разных «умных» приспособлений: «умная» кровать, «умный» стол, «умный» стул. Всё, что нас окружает, будет способствовать комфорту человека.

Я занимаюсь робототехникой. Учусь конструировать и программировать с помощью конструктора LEGO Education WeDo 2.0. Я решил применить свои знания и внести свой вклад в создание «умной среды обитания».

Многим людям знакома проблема тяжелого пробуждения по утрам. А ведь очень важно по утрам легко просыпаться и чувствовать себя бодрым, потому что новый день надо начинать с хорошим настроением, выспавшимся и со «свежей головой».

Чтобы вести активный образ жизни, человеку необходим полноценный отдых, который он должен получать во время ночного сна. Сон — это сложный процесс. Во сне мозг перестает активно работать, восстанавливается, «раскладывает по полочкам» полученную за день всю информацию. Резкое пробуждение ото сна с помощью звонка будильника приводит к тому, что человек весь день чувствует себя разбитым. Однако, если человек просыпается постепенно, без будильника, то чувствует он себя намного лучше.

Мне стало интересно, почему так происходит, и что я могу сделать, чтобы всегда легко просыпаться.

Целью моего проекта является разработка модели кровати-будильника с возможными вариантами пробуждения и с автоматической системой управления, которая будет помогать человеку плавно пробуждаться ото сна, чтобы он чувствовал себя бодрым и выспавшимся. Применение современных технологий поможет комфортно спать и правильно просыпаться.

Многие думают, что тяжелое пробуждение по утрам связано с недосыпом. Но, как выяснили ученые, на пробуждение длительность сна не влияет. Оказывается, что можно спать недолго, но при этом высыпаться. Существует 2 фазы сна: медленный сон и быстрый сон. Ночью, во время сна, эти фазы сменяют друг друга. Человек засыпает и через 20 минут начинается фаза медленного, глубокого сна. Она длится 90 минут. Потом 20 минут идет фаза быстрого, лёгкого сна, и наступает пробуждение. В это время можно повернуться на другой бок, и снова начнется фаза засыпания. В течение одной ночи фазы повторяются 5–6 раз. Самое лучшее время для пробуждения — это фаза быстрого сна.

Рассчитаем время, когда во сне человека наступает фаза быстрого сна. Предположим, что испытуемый ложится спать в 22:00, а проснуться ему нужно в 7:00.

 медленный, глубокий сон (расслабление) длится 90 минут;

 быстрый сон, длится 20 минут.

В таблице 1 представлены результаты расчёта фаз сна.

Таблица 1

Расчёт фаз сна

Анализ представленных в таблице данных позволяет вычислить время легкого пробуждения ото сна. Быстрая фаза при данном режиме начинается в 6 часов 20 минут, а заканчивается в 6 часов 40 минут. Просыпаться нужно в это время. Благодаря расчетам, мы выяснили, что когда звенит будильник в 7:00, то во сне человека начинается фаза медленного, глубокого сна, и поэтому ему сложно проснуться. Фаза быстрого сна длится 20 минут, с 6:20 до 6:40. Именно в это время организм и должен просыпаться.

Как помочь организму проснуться?

Исследованиями сна занимается врач невролог-сомнолог. Приведём советы специалистов этого профиля:

— Чтобы легко вставать утром, можно в комнате создать искусственное освещение, которое похоже на рассвет. Голубой и белый свет помогают организму просыпаться.

— Оказывается, наши мышцы любят слушать музыку. Быстрее проснуться помогут не громкие и резкие звуки будильника, а приятная, ритмичная, спортивная музыка средней громкости.

— Необходимо просто подняться и встать с постели, потому что лежа можно снова уснуть. Это самая важная и самая сложная часть.

— Водные процедуры помогут организму окончательно проснуться. Надо умыться и выпить стакан воды.

— Настроение может поднять какое-то приятное занятие.

Для того чтобы помочь организму просыпаться, я решил придумать конструкцию модели кровати-будильника, в которой будут использованы разные варианты пробуждения, взятые из советов сомнологов.

Я придумал основной блок управления. Он будет иметь вид прикроватной тумбочки. Его можно поставить в любое удобное место рядом с кроватью. Здесь я установлю светильники, музыкальную колонку, часы, поворотный механизм. Изголовье кровати будет подниматься. Вибрация будет чувствоваться при включении мотора (рис.1)

Рис.1. Кровать-будильник

Используя полученную информацию, я составил алгоритм работы кровати-будильника. Включение света — включение музыки — вибрация или небольшие потрясывания — вибрация отключается— подъем изголовья или наклон кровати — двигается (приближается) стакан с водой. Алгоритм работы представлен в таблице 2.

Таблица 2

С помощью программных визуальных блоков конструктора LEGO WeDo 2.0, я составил программу управления (рис. 1).

Рис. 1. Составление программы управления

Блоки управления соединяются между собой по принципу «вагончиков» в поезде — друг за другом и последовательно выполняются команды. Включается музыка, свет, вибрация. Запускается механизм подъема изголовья кровати и поворотный механизм со стаканом воды.

Для отладки программы и всех механизмов, я сделал экспериментальную модель кровати-будильника из конструктора LEGO (Рис.2)

Рис. 2. Модель «Кровать-будильник»

«Сердцем» моего робота «Кровать-будильник» является СМАРТХАБ. Блок СМАРТХАБ (Smart Hub) — это электронный блок управления. К нему подключаются датчики и двигатель, а сам он, через Blutooth 4.0 подключается к компьютеру.

Литература:

1. Ковальзон В. М. Основы сомнологии.-М.:Бином. Лаборатория знаний, 2011.
2. Полифазный сон. Электронный ресурс. https://go.mail.ru/redir?type=sr&redir=
3. Нечитайло Ю. Н., Ковтюк Н. И., Качество сна и его особенности у школьников,- Буковинский медицинский университет, г.Черновцы.1974.
4. Жуве М. Замок снов (перевод с французского), Фрязино:»Век-2».1994г.
5. Среда программирования Lego WeDo 2.0.Робототехника, Электронный ресурс:http://xn--d1acamalered3bf4b5g.xn--p1ai/ %D1 %81 %D1 %80 %D0 %B5 %D0 %B4 %D0 %B0- %D0 %BF %D1 %80 %D0 %BE %D0 %B3 %D1 %80 %D0 %B0 %D0 %BC %D0 %BC %D0 %B8 %D1 %80 %D0 %BE %D0 %B2 %D0 %B0 %D0 %BD %D0 %B8 %D1 %8F-lego-wedo-2–0- %D0 %BE %D0 %BF %D0 %B8 %D1 %81 %D0 %B0 %D0 %BD %D0 %B8 %D0 %B5- %D0 %B1/
6. Альберт Джексон, Сделай сам. Полное руководство.,-М., АСТ, 2007г.