Εισαγωγή
Το στρες αποτελεί τη φυσική αντίδραση του οργανισμού όταν αισθάνεται πίεση και αποτελεί φυσιολογικό κομμάτι της καθημερινότητας. Μπορεί να προκαλέσει πολλά και διάφορα σωματικά, ψυχικά και συμπεριφορικά συμπτώματα. Παραδείγματα συνηθισμένων σωματικών συμπτωμάτων είναι η γρήγορη και κοφτή αναπνοή, ο γρήγορος καρδιακός παλμός και η εφίδρωση, ο πόνος στο στήθος ή αυξημένη αρτηριακή πίεση, και πονοκέφαλοι, ζάλη ή πόνος στα μάτια. Η βασική ιδέα της εργασίας μας είναι η ανάπτυξη ενός συστήματος για την παρακολούθηση και την καταγραφή ενδείξεων άγχους, με αισθητήρες που ελέγχονται από έναν μικροελεγκτή Arduino, για τη συλλογή και την παρακολούθηση πέντε βασικών στρεσογόνων παραγόντων:
- την αγωγιμότητα δέρματος (GSR),
- τον καρδιακό ρυθμό (ECG),
- το επίπεδο οξυγόνου στο αίμα,
- τη θερμοκρασία σώματος, και
- τη μυϊκή αντίδραση- ηλεκτρομυογράφηση (EMG)
Οι μαθητές κατασκεύασαν το κύκλωμα και δημιουργούν κατάλληλο πρόγραμμα ελέγχου των παραπάνω στρεσογόνων παραγόντων (ενδείξεις άγχους) στον ανθρώπινο οργανισμό.
Επίδειξη λειτουργίας (βίντεο)
Δείτε ένα δοκιμαστικό βίντεο για τη λειτουργία του project
https://www.youtube.com/shorts/DWmrhKN9Ogg?feature=share
Κατασκευή
Σε αυτή την εργασία χρησιμοποιούμε το Arduino Mega ως βασική πλατφόρμα ανάπτυξης, και τους αισθητήρες
- θερμοκρασίας υπερύθρων MLX90614
- καρδιακού παλμού (ECG) & οξύμετρο MAX30102
- ηλεκτρομυογραφήματος (EMG),
- και γαλβανικής απόκρισης δέρματος (GSR)
για τη μέτρηση των στρεσογόνων παραγόντων.
Οι αισθητήρες έχουν αρχικά βαθμονομηθεί (calibration) και δοκιμαστεί, και οι μετρήσεις εμφανίζονται στη σειριακή οθόνη και το γράφημα του ηλεκτρομυογραφήματος στο σειριακό σχεδιογράφο της εφαρμογής Arduino IDE.
Το κύκλωμα οδηγείται από ένα πρόγραμμα που συλλέγει τα δεδομένα από τους αισθητήρες και τα παρουσιάζει σε μια οθόνη OLED. Στην οθόνη εμφανίζονται οι μετρήσεις και μια ένδειξη emoji, ανάλογα με το επίπεδο άγχους που έχει μετρηθεί. Αννιχνέυονται τρία (3) επίπεδα άγχους με αντίσοιχη ένδειξη emoji:
- Κανονική κατάσταση
- Μέτριο επίπεδο άγχος
- Υψηλά επίπεδα άγχους
Για την τοποθέτηση, την εύκολη μεταφορά, και την ασφάλεια κυκλώματος και συνδέσεων, οι μαθητές / μαθήτριες σχεδίασαν στο TinkerCad και εκτύπωσαν σε 3D Εκτυπωτή, μια θήκη. Σύντομα, σκοπεύουμε να δημιουργήσουμε διασύνδεση του κυκλώματος με NFC reader/writer, για την ανάγνωση/εγγραφή των δεδομένων από/σε κάρτα.
Συμπεράσματα
Με την εργασία αυτή θέλουμε να αναδείξουμε τη δυνατότητα να λάβουμε έγκυρες ενδείξεις για το αν ο χρήστης είναι αγχωμένος ή όχι, συνδυάζοντας μετρήσεις από θερμοκρασία, καρδιακό παλμό, οξυγόνωση του αίματος, μυϊκές συσπάσεις και γαλβανική απόκριση του δέρματος.
Θεωρητικά αλλά και πειραματικά, η οξυγόνωση του αίματος και η θερμοκρασία του σώματος δεν είναι ευμετάβλητες στην ανίχνευση του άγχους. Εάν όμως παρατηρηθεί κατακόρυφη πτώση τους, τότε αποτελεί ένδειξη άγχους. Επίσης, οι μυϊκές συσπάσεις παρουσιάζονται σπανιότερα σε περιπτώσεις εκδήλωσης άγχους.
Αντίθετα, η γαλβανική απόκριση του δέρματος και ο καρδιακός παλμός έχουν αρκετά μεγάλη ευαισθησία ως προς τις μεταβολές τους, και μας βοηθούν αρκετά σε περιπτώσεις ύπαρξης άγχους.
Υλικά – Κόστος
- Αισθητήρας Ηλεκτρομυογράφησης EMG €61.40
- Αισθητήρας θερμοκρασίαςυπέρυθρωνMLX90614 €22.80
- Αισθητήρας καρδιακού παλμού (ECG) & οξύμετρο MAX30102 €27.20
- Αισθητήρας γαλβανικής απόκρισης GSR €21.20
- OLED οθόνη για την εμφάνιση των αποτελεσμάτων €18.00
- NFC reader/writer για την εγγραφή δεδομένων σε κάρτα €36.80
GitHub – Code & Hardware
https://github.com/gnicolakakis/aSiMoS
