Зачем судьям отвертка, или как оценивали проекты в конкурсе «Интернет вещей: здравоохранение»

Робот для поддержания осанки, рука-помощник при заболеваниях ЦНС и умный поднос с лекарствами — Руслан Тихонов, врач, разработчик электронных конструкторов и судья всероссийской робототехнической олимпиады анализирует «Интернет вещей: здравоохранение» — новую категорию ВРО 2016. Разбор правил, обзор представленных проектов и обсуждение проблем. 

Проекты, представленные в этом состязании, стоят несколько особняком от других работ участников Всероссийской Робототехнической Олимпиады – это, строго говоря, не роботы. Более того — большинство из них даже не имеет никаких подвижных механических частей. Эти проекты – конкурсные разработки в номинации «Интернет вещей: здравоохранение» творческой категории олимпиады, здесь представляют свои идеи и работы юные электронщики, начинающие программисты микроконтроллеров и встраиваемых систем. С точки зрения используемого оборудования и ПО – это очень демократичные состязания, здесь нет привязки к продуктам того или иного производителя. Даже наоборот – нельзя собрать проект полностью из деталей существующих робототехнических конструкторов (LEGO, Fischertechnik, ROBOTIS,  MakeBlock и т.п.), действует принцип  — либо устройство управления, либо датчики должны быть изготовлены самостоятельно.

Как это устроено?

Состязание проходит в два этапа — сначала проводится заочный этап (отбор), уже по результатам которого самые сильные команды приглашаются для очного участия в заключительном этапе Всероссийской Робототехнической Олимпиады. Региональные оргкомитеты часто проводят свои местные конкурсы, но на заключительный этап квоты распределяются только через процедуру прохождения заочного этапа. Участие или неучастие конкурсантов в региональных этапах, равно как и призовое место на местных состязаниях, не влияют на результаты заочного этапа. Таковы особенности отбора финалистов для этой номинации.

В этом году на заочный этап было представлено 23 проекта (полный список с разбивкой по регионам доступен по ссылке). На очный этап была установлена квота 10 команд, но фактически отобрали лишь 6 проектов (в итоге на заключительный этап в Иннополис смогли приехать  5 команд).

Отбором проектов на заочном этапе занималась судейская коллегия (жюри) этого состязания и привлекались эксперты Национального экспертного совета олимпиады. Каждый проект заочно внимательно изучали не менее пяти экспертов.

Почему отобрали так мало проектов?

Основными причинами отказа проектам на участие в очном этапе со стороны экспертов были следующие:

• несоблюдение тематики конкурса, а именно — проект должен относиться к Интернету вещей и быть связан со здравоохранением. Увы, почти половина проектов на заочном этапе выбыла из списка финалистов по этой причине, то есть можно сказать, что у значительного числа участников было непонимание задания и требований к проекту для этого конкурса;
• несоблюдение ранее озвученного принципа: «устройство управления или датчики должны быть изготовлены самостоятельно».  В Правилах состязаний требования к аппаратной платформе прописаны весьма детально (см. по ссылке). К сожалению, часть конкурсантов оказались невнимательными к этому пункту правил;
• проект, представленный на отбор, находится на стадии идеи (эскизов, чертежей) либо макета, который должен быть серьезно доработан перед заключительным этапом. Незавершенные, недоработанные, «сырые» проекты, увы, не имели шансов быть допущенными к финалу.

Иногда звучат вопросы и претензии – дескать, было отпущено слишком мало времени на подготовку. Поэтому я специально интересовался у финалистов – сколько времени у них ушло на работу над проектом, когда они начали его разработку? Большинство команд-финалистов отвечали, что начали работу по подготовке к состязанию после объявления темы конкурса,  то есть их проекты готовились именно к этому состязанию, и им вполне хватило времени.

А судьи кто?

В состав судейской коллегии конкурса входило три человека:

• Алексеев Дмитрий Юрьевич, генеральный директор компании «DNS» (владелец одноименной розничной сети по продаже цифровой техники, а также — производитель компьютеров и гаджетов), выпускник факультета электроники и приборостроения Дальневосточного политехнического института;
• Васяева Елена Семеновна, кандидат технических наук, доцент Поволжского государственного технологического университета («Волгатех»), преподаватель курса «Архитектура вычислительных систем»;
• Тихонов Руслан Владимирович, генеральный директор компании «Киберфизика» (является партнером олимпиады по организации данного состязания).

На мой взгляд, был сформирован достаточно сбалансированный состав жюри, включающий как представителей бизнеса, так и ВУЗовской среды. Все судьи имеют опыт работы со школьниками в технических кружках. Елена Семеновна уже третий год является судьей в Творческой категории именно этого конкурса. Я сам, как врач в прошлом, имел возможность оценить проекты с точки зрения практического здравоохранения.

Зачем судьям отвертка?

Настало время ответить на вопрос – зачем судьям отвертка? Действительно, помимо оценочного листа и ручки, нашим рабочим инструментом являлась и отвертка. Мы просили конкурсантов открыть корпуса своих устройств, чтобы увидеть – какие компоненты использовались при создании проектов, уточняли – могут ли они объяснить функциональное назначение тех или иных элементов. Это делалось с целью удостовериться в самостоятельном изготовлении устройств школьниками или, как минимум, в полном понимании их принципов работы. С этой же целью задавались вопросы по программному коду, судьям было важно понять, какая часть программы создавалась конкурсантами самостоятельно, почему использовалась та или иная готовая библиотека.

Краткий обзор проектов – финалистов

На заключительный этап Всероссийской Робототехнической Олимпиады 2016 в Иннополис приехали 5 команд.

Автоматизированная система сбора физиологических данных акустическим методом

Автор Вячеслав Вереитин, тренер Дмитрий Квочкин, г. Сыктывкар.

Устройство способно записывать акустические сигналы колебаний тканей человеческого организма (сердца, легких), получать их амплитудный спектр и предоставлять эту информацию врачу в удобном для анализа виде через интернет на специализированном веб-сайте.

Реализовано на платформе Arduino. Программа, отвечающая за обработку данных и синхронизацию с веб-сайтом, написана на языке Python 2.7. Один из немногих проектов, кто понял основную идею конкурса. Проекту требуются доработки, но начало хорошее. Наблюдение пациента с помощью мобильных устройств с последующей передачей информации и накопленной аналитики врачу – одно из перспективных направлений развития медицинского IoT.

Электронный поднос

Авторы Александр Земсков, Никита Куракин, тренеры Владимир Равдин, Наталия Кадыкова, г. Москва.

Электронное устройство, которое в домашних условиях помогает принимать лекарства вовремя. Когда настает время приема лекарства, устройство издает звуковой сигнал, а также отправляет оповещение пользователю в социальных сетях. Управление и настройка осуществляются через web-интерфейс. Устройство работает на плате Raspberry Pi.

Большое внимание, в отличие от других работ, уделено безопасности. Большой скепсис у экспертов вызвала идея отправлять сообщения в социальную сеть ВКонтакте. Если работа над проектом будет продолжена, например, добавлена аналитика получаемых данных, в частности, о выполнении режима приема лекарств пациентом, дополнительная информация пользователям – предостережения для беременных или об особенностях взаимодействия с другими препаратами, то проект можно вывести на новый уровень. Я бы рекомендовал разработчикам лучше изучить имеющиеся аналоги — зарубежных стартапов в этой области было немало.

Рука Друга

Авторы Михаил Сурков, Татьяна Петренко, тренер Эдуард Петренко, г. Москва.

Проект по созданию руки-помощника для людей с заболеваниями ЦНС — постинсультные состояния, боковой амиотрофический склероз (как у Стивена Хокинга), болезнь Паркинсона. Манипулятор установлен на подвижной платформе, управляется голосовыми командами.

Интернет-вещей: здравоохранение. Робот Рука Друга. #ВРО2016 #WRO2016 #Иннополис

Фото опубликовано Занимательная робототехника (@edurobots.org) Июн 25 2016 в 11:45 PDT

Ведутся исследовательские работы по использованию биоэлектрических потенциалов мышечных волокон и биоэлектрической активности головного мозга для управления «Рукой Друга». Разработчики «Руки Друга» в рамках интернета медицинских вещей предлагают использовать устройство для удаленного медосмотра, контроля и теленаблюдения за пожилыми людьми и больными.

Реализован проект на плате Arduino Mega 2560. В будущем, если разработчики проекта смогут реализовать задуманное ими решение по обработке полученных данных в облачном ЦОД для нахождения закономерностей и дальнейшей замены электромиографических датчиков на датчики, снимающие показания биоэлектрической активности головного мозга, то нас ждет большой прорыв в медицине. Проект занял 3 место в конкурсе.

SMART-удлинитель

Автор Владислав Билицкий, тренер Сергей Газизов, г. Мурманск.

Устройство, реализующее дистанционное подключение бытовых приборов к домашней электрической сети, которое способно оказать значительное влияние на жизнь и быт людей с ограниченными возможностями. Позволяет осуществлять подключение к питающей сети 220В пяти приборов через Интернет, используя разработанное и установленное на мобильном телефоне или планшете, приложение.

Управляющее устройство реализовано на базе Wi-Fi модуля  ESP8266. Отличный проект, который хотя и не обещает научного прорыва в будущем, но работает здесь и сейчас, и практически готов к серийному производству. Разработчик проекта представил принципиальную схему устройства, разработал печатную плату и выполнил монтаж компонентов на ней с помощью пайки. Окончательная сборка устройства была произведена в подходящий по размеру корпус бытового удлинителя. Этим подходом и аккуратностью изготовления устройство выгодно отличалось от ряда других проектов, с торчащими макетными проводами и беспаечными макетками. Пожалуй, самый большой недостаток проекта – отсутствие какой-либо статистики (аналитики), например, о состоянии потребителей электроэнергии. Нет пока и расширенного управления нагрузкой – по расписанию, диммирования светильников и т.п. Проект занял 2 место в конкурсе.

НорМиК

Авторы Максим Норин, Евгений Шкляев, тренер Павел Чернов, г. Ижевск.

Прибор, помогающий поддерживать правильную осанку. Основой прибора служит контроллер Arduino Nano и датчик гироскоп — акселерометр, он используется для определения положения спины в пространстве.  Данные о координатах отправляются по Bluetooth соединению на Android приложение. Там они обрабатываются и отправляются на специальный сайт проекта. При неправильном изгибе позвоночника приложение отправляет информацию на микроконтроллер, тот в свою очередь включает вибрацию с помощью вибромотора. Также эти данные о неправильном изгибе спины отправляются на сайт.

Android приложение – центр управления и обработки информации. При входе в приложение предлагается выбор – режимы «Работа» и «Зарядка». В режиме «Работа» есть несколько уровней контроля над положением спины, а также — возможность подачи вибрационного и звукового сигнала. В режиме «Зарядка» находится 7 упражнений для мышц спины, которые представлены в виде рисунков.

На сайте проекта есть страницы с полезной информацией об осанке, а так же страницы «доктора» и «пользователя» (с вводом логина и пароля). На странице «доктора» отображаются все его пациенты. При нажатии на пациента, можно увидеть статистику положения его осанки  за определенный день. А на странице «пользователя», он может увидеть статистку положения своей осанки за определенный день.

Хорошо проработанный во всех отношениях проект, заслуженно занял 1 место. Отлично проведена исследовательская часть, обзор слабых и сильных мест аналогов, уже имеющихся на рынке. На мой взгляд, также как и предыдущий проект, после доработок, вполне мог бы стать серийным продуктом.

Увы, не дошли до финала…

Несколько слов о перспективных устройствах,  которые нуждались в доработке, были слишком «сырыми», и по этой причине эксперты не рекомендовали их для очного этапа. Надеюсь, что юные разработчики не бросят свои идеи и доведут их до конца, а мы еще сумеем увидеть эти проекты на конкурсах по техническому творчеству.

Система контроля и мониторинга приема лекарственных средств (г. Саратов)

Хорошая механическая идея с дозатором лекарств,  и есть упоминание об интересном функционале – вибробраслете. Проект создавался с использованием платы  Arduino Mega 2560, модуля ESP8266.

Прибор для определения гипосостояний больных сахарным диабетом (г.  Лесной  Свердловской области)

Модель прибора,  на основе  платы Intel Edison,  позволяющее по совокупности внешних признаков  определять критическое состояние (гипосостояние) больных сахарным диабетом. К сожалению, конкурсанты не смогли представить прибор  в рабочем состоянии из-за проблем с закупкой нужных комплектующих.

 

АнтиПропадайка (г. Уфа)

Есть категория больных людей, за которыми нужен тщательный уход и очень важно отслеживать что они сейчас делают. Например, это больные Альцгеймером. Иногда возможны приступы, с потерей сознания и падением на землю. Проект является прототипом такой системы, когда датчики акселерометра отслеживающие положение  пациента (стоит/лежит) находятся в подобии браслета или ремня на больном. Прототип планировался к реализации на плате Intel Edison.

Автоматизированный дозатор таблеток (г. Белгород)

Дозатор таблеток для медицинских учреждений, программируется через web-интерфейс, на основе Arduino Nano и модуля ESP8266. Для экспертов осталась под вопросом работоспособность проекта, как происходит настройка и почему именно через web-интерфейс.

HeartRate (г. Ростов-на-Дону)

Прибор в виде сердца, способный показывать частоту пульса в виде цифр на своем дисплее. Принцип работы проекта следующий: фитнес-трекеры посредством телефонов, планшетов или другими способами периодически отправляют данные о частоте пульса  в облачный сервис. Прибор HeartRate получает эти данные от облачного сервиса через Wi-Fi соединение с интернет и выводит на дисплее, а также дублирует «стуком сердца». Использование облачного сервиса позволяет передать прибор любому другому человеку – что позволит им услышать биение сердца хоть с другого конца планеты. Реализация – на Arduino-совместимой плате и модуле ESP8266.

Под вопросом осталась работоспособность проекта, были представлены лишь чертежи устройства. С практической точки зрения для медицины использование проекта достаточно спорно, но как интересный гаджет – может быть весьма перспективно.

Призы и партнер конкурса

Все финалисты состязания (не только призеры) получили возможность бесплатно пройти обучение на онлайн-курсах «Машинное обучение и анализ данных», которые совместно разработали МФТИ и Яндекс. Эту возможность была предоставлена партнером данного конкурса – компанией «Киберфизика», которая оплатила обучение участников очного этапа на этих курсах.

Кроме того, многие победители заключительного этапа олимпиады в других номинациях были награждены сертификатами на бесплатное получение электронных конструкторов «Основы электроники» и «Роботы и устройства» от компании «Киберфизика».

А все желающие, независимо от возраста и участия в ВРО, могут пройти бесплатное обучение на онлайн-курсах на Coursera.org «Строим роботов и другие устройства на Arduino. От светофора до 3D-принтера» (уже идет) и «Основы электроники» (запуск в конце лета), которые разработали «Киберфизика» и МФТИ.

Работа над ошибками

Разумеется, судьи и партнеры, помогающие в организации конкурса, внимательно анализируют итоги состязания, замечания и предложения от участников и зрителей.

В числе первых выводов – необходимо как можно раньше объявлять тему и условия конкурса. Так как это состязание не связано с WRO, то можно это делать в начале учебного года, тем самым дать командам больше времени на подготовку.

Необходимо лучше взаимодействовать с региональными оргкомитетами олимпиады, которые проводят местные этапы и включают в нее эту номинацию. Нужно, чтобы уже на этом этапе организаторы понимали и могли разъяснить командам основные требования к проектам для этого конкурса.

Самим командам нужно лучше готовить тех участников, которые отвечают за электронику – аппаратную  часть проекта. Сейчас уровень подготовки команд по схемотехнике – очень слаб. Также мало итоговых баллов набирают команды за критерий оценки «электронные устройства собственного изготовления» – будущим разработчикам электроники нужно уметь пользоваться не только беспаечными макетками, но и разводить собственные печатные платы и паять.

«Обзор аналогов предлагаемого решения» – тоже слабый пункт большинства презентаций команд. А ведь нужно знать конкурирующие продукты, их слабые и сильные стороны. От этих знаний зависит маркетинговая политика, и будущий коммерческий успех предлагаемого решения на рынке.

В заключение, хочу поблагодарить команду университета Иннополиса за организацию и проведение этой олимпиады, и персонально Дмитрия Краснихина, Александра Колотова, Рустама Кагапова за помощь и поддержку. Обязательно нужно сказать слова благодарности Максиму Васильеву, президенту РАОР – именно с его легкой руки впервые два года назад эта номинация появилась в творческой категории олимпиады.

Все публикации по ВРО 2016

• Итоги трех лет ВРО в Татарстане.
• Водная категория — обзор правил, платформ и проектов.
• Описание одного из роботов водной категории.
• Интернет вещей: Здравоохранение — обзор правил и описание проектов.
• Общая информация в календаре мероприятий.
• В Иннополисе началась олимпиада роботов 2016 — отчет о подготовительном дне олимпиады.
• ВРО 2016 в Татарстане. Дневник второго дня олимпиады.
• Российские дети научат роботов бороться с отходами.
• Обзор правил свободной категории ВРО 2016 и их разъяснение от Александра Колотова.
• Обзор правил основной категории ВРО 2016.

Фотографии ВРО 2016 в наших альбомах ВК и ФБ, а также в инстаграме.

В статье использованы фотографии авторов проектов, предоставленные на заочный этап конкурса. Фото финалистов: Занимательная робототехника.

Теги: headline, WRO 2016, ВРО, Дмитрий Алексеев, Елена Васяева, здравоохранение, интернет вещей, Киберфизика, олимпиада, Руслан Тихонов, судейство