Привет, ХАБР!
А вы сталкивались с проблемой устаревшего лабораторного оборудования в учебных заведениях?
Помните, как настраивали прибор, когда основная часть потенциометра отвалилась? Или как нажимали на кнопку, от которой осталось только название?
Мы, Лиза и Андрей, студенты 4 курса биотеха НИУ МЭИ радиотехнического факультета, создали прибор для лабораторных работ по физиологии, по сути своей – это генератор электрических импульсов, управляемый по Wi-Fi через смартфон.
Поскольку прибор нишевый, проект отлично себя показал на многих научных конференциях, и получил три приза на конкурсе образовательного проекта Samsung Innovation Campus. Мы бы хотели рассказать историю создания этого прибора.
Удивительно, но проблема устаревшего оборудования гораздо шире, чем кажется на первый взгляд.
Нам это знакомо, как никому другому. Именно поэтому эта статья здесь!
Наша история. Начало
На протяжении всего нашего обучения мы прошли множество различных лабораторных работ на разных кафедрах, и где-то оборудование было супер-супер, а где-то хотелось кричать «ПОМОГИТЕ»! И у нас возникал вопрос: а почему так? Неужели у нас в университетах не хватает специалистов? Или всё упирается только в деньги?
Такие вопросы возникали у нас много раз. От этого казалось, что, может быть, наше жизненное предназначение - это ДЕЛАТЬ ЛАБОРАТОРНОЕ ОБОРУДОВАНИЕ?
Наше учебное направление немного связано с биологией, физиологией и живыми организмами, поэтому у нас была дисциплина «Биофизические основы живых систем», которую преподавал профессор из РУДН.
Как-то раз он пригласил нашу группу к себе в ВУЗ, чтобы показать некоторые опыты. И под конец мероприятия профессор попросил попробовать устранить неисправность в одном из электростимуляторов.
Электростимуляторы? Зачем?
Если обратиться к истокам: физиология, по природе своей, наука экспериментальная. С давних времен эксперимент был основной формой для её исследования, он сочетался с использованием различного рода технических приспособлений и устройств. Даже простейший опыт, в котором, например, необходимо зарегистрировать сокращение мышцы или изменение кровяного давления, требует применения определенных инструментов: рычажка, манометра, приборов для графической регистрации и т.п. Таким образом, инструментальным методам в физиологическом эксперименте принадлежит ведущая роль.
А теперь ответим на вопрос, зачем нужен электростимулятор?
– Для того, чтобы сформировать правильное представление о работе мышечной и нервной ткани, проводят лабораторные работы, которые, как правило, проходят с использованием образцов нервно-мышечного препарата лягушки (можно использовать мышек или крыс) и специального прибора - электростимулятора.
А следующая схема позволяет визуально пояснить вышесказанное.
Что c отечественными производителями электростимуляторов? И как завязалась наша история в качестве разработчиков?
В общем, в наших руках оказался стимулятор ЛЭС-1 кафедры нормальной физиологии РУДН, и нам нужно было каким-то образом его починить.
(1 – потенциометр, 2 – кнопки переключения масштаба амплитуды, 3 – кнопки переключения частоты, 4 – светодиоды для отображения заданной частоты, 5 – кнопка «однократного» режима, 6 – выходные клеммы, 7 – тумблер включения/выключения)
На самом деле, стимулятор был вполне рабочим, просто его выходные данные были далеки от градуированных, то есть, тех, которых ожидает пользователь. На некоторых значениях наблюдалась относительная погрешность 90% и выше, при том, что для проведения лабораторных работ она должна быть ниже 10%.
Тут мы поняли, что чинить тут нечего, и проще было бы, как нам тогда казалось, собрать новый!
Так возникла большая-большая работа, в которой выяснилось, что большинство существующих электростимуляторов можно сосчитать по пальцам и местами они не очень-то и работоспособны. Схемы к ним утеряны, а мастера, привыкшие их чинить, давно ушли на пенсию. Как Вам такое?
Ни схемы тебе, не методичек по функционалу, придумай сам! А мы такое можем, умеем и практикуем!
Наш первый стимулятор
Посмотрите сами: мы сделали стимулятор биотканей с механическим управлением. На рисунке представлена его структура. Впечатляет?
Нас тоже. Особенно радует тот факт, что по габаритам он в 4 раз меньше ЛЭС-1, а его мы тоже приводили для сравнения.
Данный электростимулятор мы разрабатывали почти год, продумывали режимы работы, думали над тем, какой должен быть корпус, какие элементы управления следует выбрать.
На самом деле, разработка прибора – большое дело, ведь, как мы уже говорили: на «ЛЭС-1» не было никаких схем и описаний, приходилось «сочинять» самим.
Созданный нами стимулятор реализует 4 режима работы:
В отличие от ЛЭС-1 и других подобных приборов (а их, напоминанием, не так много, и некоторые доживают свой век), созданный нами стимулятор обзавёлся режимом нарастания сигнала, также в нём можно задавать начальный и конечный уровни амплитуды. А режим постоянного уровня не увидишь в обычных стимуляторах. И это внедрённое нами новшество порадовало всех.
Как говорил британский историк, писатель Сирил Норкот Паркинсон:
«Совершенство достигается только к моменту краха»
С данным стимулятором в марте 2022 года мы выступали на конференции МНТК «Радиотехника, электротехника и электроника» и заняли 2 место.
Что было дальше?
Дальше наша история закручивается вихрем жизненных событий:
Мы начинаем учиться и интенсивно вбирать в себя всё-всё, что дают нам наши преподаватели в «IT Академии Samsung» на треке IoT (интернет вещей).
Наш проект получает высокую оценку преподавателей кафедры нормальной физиологии РУДН и обратную связь: а что, если добавить смартфон в качестве задающего параметры устройства и передающего их по беспроводной связи в стимулятор?
Да, такого со стимуляторами ещё точно никто не делал! «Мы будем первыми», - сказали мы тогда себе.
Нетрудно догадаться, что мы реализовали этот проект, защитив его в качестве выпускного проекта по курсу «IT Академии Samsung», а также вышли с ним в финал ежегодного межвузовского конкурса проектов выпускников образовательных программ «IT Академии Samsung» в 2022 году, получив награду в трех номинациях! 3 место в общем рейтинге, приз «Выбор зрителей», а наш ментор Вячеслав Шумаев стал ментором года!!!
Помимо этого, мы выступали на нашей вузовской конференции МНТК в 2023 году и на конференции «Агаджаняновские чтения» в РУДН.
В итоге у нас получилось вот такое устройство:
О конкурсе «IT Академии Samsung» и работе с ментором
Отдельно хотелось бы рассказать о работе с нашим ментором в рамках проекта «IT Академия Samsung». До этого мы никогда не работали с ментором, мы благодарны @Slava_Shumaev за то, что он поверил в нас и всячески поддерживал!
Конечно, в проектах бывают шероховатости, и порой, ты их просто не замечаешь. Но когда с тобой работает профессионал, то все эти шероховатости можно быстро устранить. Как раз-таки это и случилось с нами!
Несколько раз в неделю мы созванивались в Zoom или Telegram с нашим ментором и обсуждали текущие изменения в проекте, новые идеи, а также составляли план работ на ближайшее время, распределяя задачи между участниками. Небольшие вопросы оперативно решали в общем Telegram-чате.
Мы сильно подтянули бизнес-составляющую, отработали момент с актуальностью проекта! На сегодняшний день в России больше 100 учебных заведений с медицинскими направлениями, каждое из которых нуждается в обновлении парка лабораторного оборудования и спрос на него будет расти.
Нам очень помогла подготовка к представлению нашего проекта в межвузовском конкурсе проектов выпускников «IT Академии Samsung».
Наверное, самым хардом финала было то, что мы выступали первыми, а также вопросы жюри и слушателей финала.
Кстати, вот тут можно посмотреть наше выступление, тайминги там проставлены.
Домашняя лаборатория. Советы подрастающему поколению
Наверное, нам было бы сложнее работать над этим проектом, если бы у нас не было домашней лаборатории. Ещё с первых курсов мы инвестировали средства в оборудование и инструменты для неё.
И эти инвестиции сыграли свою роль. Нужно исследовать выходной сигнал? Пожалуйста, под рукой всегда осциллограф. Нужно припаять что-то? – паяльная станция. Распечатать 3D-модель? – 3D-принтер! и т.д. Это упрощает многое!
Кстати, вот кадры процессов работы:
Каждый был занят делом. Андрей больше специализировался на «железе», а я на исследовании функционала и рынка, а также готовила материалы для докладов. Но часто мы менялись ролями, и вообще, многое делалось совместно!
Планы на будущее
Тут много чего можно расписать, ведь мозг постоянно генерирует новые идеи! Но о самом главном – мы бы хотели бы доработать схемотехническое решение и софт. Дальше патентование, чтобы можно было запускать серию (тут, конечно, еще много работы) и можно предлагать наше решение ВУЗам! Ведь стимуляторы нужны!
А так было бы интересно реализовать лабник прямо в телефоне, мы же современное поколение студентов!
Заключение
Что сможет изменить наш прибор в образовательной и научной жизни? Для этого представляем визуализацию:
Надеемся, что эта статья была полезна и замотивировала вас реализовывать ваши даже самые необычные идеи. И не боятся их! А также трудиться, выступать, показывать и раскрывать себя!
Комментарии (21)
SuperTEHb
21.07.2023 05:25+7Что сделали, это, безусловно, молодцы. Но всё же хотелось бы узнать побольше КАК сделали.
NutsUnderline
21.07.2023 05:25+1Идем к светлому киберпанковскому будущему вместе с академией
ArasakaSamsung
nikolz
21.07.2023 05:25+5Если Вы студенты начальных курсов, то "отлично", если старших курсов- то на "хорошо", если дипломники - то "удовлетворительно".
Но, вообще-то, для 2022 года то, что Вы сделали морально устарело лет так на 10.
Подобный симулятор делается на 2015 год на основе ESP12F+MCP4725 + адаптер UART-USB CH340 (если не использовать WiFi) .
В итоге: цена примерно 4 доллара, вес 10 гр, размеры корпуса 2x2x1 cm3.
Плюс ПК или смартфон.
Более того, можно создавать не только стимулятор, но и эмулятор например ЭКГ с различными патологиями.
NutsUnderline
21.07.2023 05:25А есть на руках реальная статистика по реальному уровню дипломных работ? Что именно нужно сделать чтобы это соответсвовало именно 2022 году (ИИ приделать)?
Уровни работ бывают очень разные, но еще и польза от них очень разная и не все меряется только уровнем навороченности электроники, ну и подача важна.
nikolz
21.07.2023 05:25Причем здесь отчеты чиновников около Высшего технического образования.
Я говорю о техническом уровне разработки.
Такие устаревшие решения не намного лучше того, что было.
Гордиться нечем , особенном молодым радиоинженерам.
Чтобы соответствовало 2022 году , я написал на чем надо было сделать.
У вас примитивный генератор импульсов, его вообще-то можно сделать на двух транзисторах. Чем тут хвалиться? Это уровень кружка школьников.
Приделывать ИИ ? смешно.
Чтобы на уровне 2022 то это вообще один модуль например на чипе TLSR . В нем есть все и ЦАП и BLE и SOC и USB.
NutsUnderline
21.07.2023 05:25+3Да причем здесь отчеты. Была дана оценка уровню работ - это как бы требует сравнения с уровнем других реальных работ, возможно какой то преподавательский или наставнический опыт в области образования. Заменили прибор со схемотехникой из годов 50х, который уже сгнил совсем, и замены почему то не сделал никто, даже эти два транзистора, и потребовалась помощь Samsung для этого почему то.. Так, оказывается надо было обязательно применить самый новомодный чиспсет все-в-одном, а лепить франкенштейнов - это позволительно только профессионалам, видать (а они и лепят регулярно). Профессионалов то чтобы сделать такую "фигню" еще и не заманишь, не их уровень, типа.
Справедливости ради, я вообще что то подумал что ребята эти - биологи. А распиарились неслабо, можно подумать - спутник запустили :) :) :) И куда расти - есть. Великое начинается с малого ;)
Slava_Shumaev
21.07.2023 05:25@nikoz,то, Вы описали устройство серьёзного технического уровня. Я приду в восторг, если узнаю, где такое могут реализовать школьники и студенты. Если Вы знаете, то расскажите, пожалуйста, об этих кружках или лабораториях?
nikolz
21.07.2023 05:25Недавно на хабре была статья об обучении детей программированию. Вот ребята этого кружка , которые делают различных роботов , сделают такой генератор импульсов без проблем.
Еще раз замечу, что эта поделка для любителей, а не для дипломной работы будущих радиоинженеров.
Если это статья о том, как плохо финансируются университеты в РФ , то я только ЗА. Если статья о том, что студенты помогают из подручных материалов делать простейшие электронные устройства для лабораторных работ в университетах, то я только ЗА. Но если это статья показывает уровень дипломных работ на радиотехническом факультете одного из ведущих вузов страны, то это ужас какой-то.
Можно было бы сделать лабораторную работу, в которой сигнал с симулятора синхронизируется с записью сигналов сокращения мышц и эта информация отображается на графиках в смартфоне или ПК. Дополнительно можно синхронно делать запись видео. Полагаю, что такой вариант лабораторной работы будет на уровне 2022 года и можно показать на конкурсе студенческих работ.
Ну а для пиара самсунг можно взять смартфон самсунг и ноутбук самсунг, ПК с монитором самсунг.
"...мне за Державу обидно!!!"
GospodinKolhoznik
21.07.2023 05:25+2Уровень дипломной работы архитектора в XIX веке это построенное здание (небольшое). Можно заметить, что по сравнению с XIX веком уровень дипломных работ сегодня это детский сад. Из чего напрашивается вывод, что со временем масштаб дипломных работ не растет, как может показаться, а наоборот уменьшается.
VT100
21.07.2023 05:25размеры корпуса 2x2x1 cm3.
Со встроенным источником питания и автономностью хотя бы на сутки? Или это вот та плата с синей маской без корпуса из комментария внизу?
Кроме того, мельчение и опластмассивание лабораторных приборов — облегчает их несанкционирование передвижение по объёму лаборатории.Ну и не диплом это, а курсач. Как я понимаю из статьи.
Авторам можно порекомендовать сделать двойное управление (локальное и удалённое) и изучить востребованность у биологов генераторов сигналов произвольного вида (arbitrary waveform generator).
nikolz
21.07.2023 05:25Насмешили, зачем Вам встроенный источник питания у устройства, которое подключено через USB к смартфону или ПК или ноутбуку?
--------------------------
Если Вам надо автономное устройство со встроенным источником питания, устройством контроля заряда, синтезатором речи и видеокамерой. то размер устройства будет 4x6x2 см3.
---------------------------
Относительно модуля, который внизу. Вы внимательно читали? Это железо. Знаете такой термин в разработки программируемых устройств?
Корпус - это пластмасса. Могу выложить картинку корпуса за полдоллара.
----------------------------
Проблема не в том, курсач или диплом. Это может быть чем угодно. Но это рядовая поделка, за которую можно награждать школьников, но не выпускников радиотехнического факультета. Это уровень любителя-самоучки.
-----------------------------
В отличии от Вас, я пишу на основе собственного опыта разработки подобных устройств.
---------------------------
Я ничего не советую авторам, я просто высказал свое мнение об этом устройстве и ничем не обоснованного хайпа, который последовал по причине такой поделки.
VT100
21.07.2023 05:25У нас разные взгляды на этот прибор и мы оба считаем, что "в интеренете кто-то не прав".
Что касается хайпа — сосчитайте число букв в комментариях к этой статье и постройте гистограмму по авторам.
iliasam
21.07.2023 05:25+4Как по мне, использовать смартфон для управления учебным лабораторным устройством - не лучшая идея.
Получается , что каждый студент должен скачивать себе приложение и устанавливать его себе на телефон. А что делать, если телефон разрядился/нет интернета? Держать в лаборатории телефон только для управления прибором?
Кто будет поддерживать приложение в актуальном состоянии - лабораторные приборы могут использоваться десятилетиями, а мы прямо сейчас видим, как Google запрещает установку старых приложений?
Можно было бы управлять устройством через web-страницу, которую устройство хостит на себе, но web-технологии тоже устаревают, могут вылезти проблемы с сертификатами безопасности.
inkelyad
21.07.2023 05:25Ну, вообще-то (на мой взгляд бестолкового обывателя):
Смартфоны - закупается у китайцев партия какой-нибудь старой модели по дешевке. Устанавливаются прямо в прибор. Приложение - ставится в смартфон в момент сборки. Одновременно - выдирается весь лишний софт. И больше никогда ничего не меняется. Аккумулятор не используется. WIFi, наверное, тоже надо физически отодрать, ибо такое дальнобойное тут не нужно - проводных интерфейсов и BlueTooth должно хватить для передачи данных.
Я допускаю, что можно того же самого добиться, купив только 'смартфонообразную' начинку но есть подозрение, что просто устаревшие смартфоны окажутся дешевле и проще купить.
И, кстати, почему только управление? В маркетах разных 'генератор сигнала' в достаточном количестве присутствует. Такой способ сильно кривой и неправильный?
NutsUnderline
21.07.2023 05:25Слова не обывателя..
Смартфоны - закупается у китайцев партия какой-нибудь старой модели по дешевке.
Так многие профессионалы именно так и работают, бывают проскакивают фотки таких серьезных девайсов. Отодрать конечно надо все что можно, просто по wifi чуть проще взаимодействие реализовать, а лучше - по проводу. с батарейкой обычно бывают сложности. Да и генерацию сигнала через звуковой выход вполне норм, надо только ее усилить и откалибровать...
iliasam
21.07.2023 05:25Так это совсем другой подход: электроника телефона, встроенная в прибор != управление с телефона пользователя.
Правда, подход этот явно кустарный, хотя и и очень дешевый.
shadrap
21.07.2023 05:25Не знаю,чем некоторым 8266 не современный, конечно лучше делать на есп32,но по "задаче и шапка". От себя добавлю, что можно все было сделать на одном есп8266,без ардуины.
Сам факт миостимулятора конечно никого не удивит, но я за любую автоматизацию, тем более когда студент хочет сделать что-то. Это всегда ценно.
FaulerAffe
У нас в универе есть биотех??? За МЭИ лайк)