Учёные изобрели специальные датчики для тех, кто устал уставать

Известно немало случаев, когда чрезмерная усталость сотрудника промышленного производства послужила причиной несчастного случая, травмы и даже привела к катастрофе значительных масштабов. Многие эксперты считают, что серия взрывов на нефтеперерабатывающем заводе в Техасе в 2005 г., ядерная авария Чернобыльской Атомной Электростанции и авария на АЭС Три-Майл-Айленд частично были спровоцированы именно фактором усталости сотрудников.

Учитывая потенциальные опасные последствия физической истощенности, в настоящее время немало исследований ориентированы на разработку компактного устройства для фиксации физических данных рабочих: частота сердечных сокращений, частота дыхания, потоотделение и сокращение мышц.

Группа итальянских исследователей всерьёз занялась этой проблемой. Они представили разработку портативного прибора, который способен ненавязчиво измерять частоту дыхания пользователя, что может быть одним из ключевых показателей степени умственной нагрузки и утомляемости. Измерив частоту дыхания, можно также сделать выводы о том, находится ли человек в стрессовых условиях, таких как чрезмерный холод, жара, есть ли у него гипоксия, боль и дискомфорт.

Группа “итальянских учёных”.

«Мы считаем, что мониторинг физиологического состояния работников во время рабочего процесса может иметь решающее значение для предотвращения несчастных случаев на производстве и повышения качества труда и безопасности работников». — говорит Даниэла Ло Прести, один из разработчиков устройства.

Как это работает

Устройство представляет сенсорную систему, включающую две резинки, одна из которых надевается чуть ниже грудной клетки, а вторая вокруг живота. Гибкие полосы, изготовленные ​​из мягкой силиконовой матрицы и оптоволокна, плотно прилегают к груди пользователя во время дыхания. Эти датчики работают как оптические тензодатчики (фиксируют отклонения, возникающие при различной деформации предметов). Когда человек вдыхает, диафрагма поднимается, а живот втягивается, поэтому гибкий датчик, расположенный на груди, растягивается. И наоборот, во время выдоха грудная клетка уменьшается в объеме, желудок возвращается в свое нормальное положение, а грудной датчик сжимается.

Датчики были протестированы на 10 добровольцах, которые выполняли задачи, имитирующие реальные рабочие условия, в т.ч. приседания, боковые движения рук и подъем предметов с земли. Результаты оказались многообещающими, и показали, что гибкие датчики способны достоверно оценивать частоту дыхания, обеспечивая измерения, аналогичные показателям стандартных устройств для мониторинга дыхания. Исследователи также обнаружили, что их датчик может быть деформирован до 2,5% от его начальной длины.

Конструкция имеет несколько сильных сторон, в том числе приспособление датчика к телу пользователя. Однако, в настоящий момент сенсорная система должна быть подключена к громоздкому прибору для обработки оптоволоконных сигналов. Другие исследовательские группы работают над тем, чтобы сделать эти устройства меньше и дешевле. «Как только появятся высокопроизводительные и небольшие дозаторы, мы переведем нашу технологию на более компактную портативную систему, которую можно будет легко использовать в реальных условиях».

Список литературы:

1. Tocco J. D. и др. A wearable system based on flexible sensors for unobtrusive respiratory monitoring in occupational settings // IEEE Sensors Journal. 2020. [Электронный ресурс]. URL: ieeexplore.ieee.org/document/9250546
2. Flexible, Wearable Sensors Detect Workers’ Fatigue [Электронный ресурс]. URL: spectrum.ieee.org/tech-talk/biomedical/devices/flexible-wearable-sensors-detect-workers-fatigue
3. Skin‐Like Hybrid Integrated Circuits Conformal to Face for Continuous Respiratory Monitoring [Электронный ресурс]. URL: onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/aelm.202000145