ENGПроблема дефицита квалифицированных кадров, работающих в узкоспециализированных инновационных областях, актуальна для всех стран, не только для России. По данным опроса рекрутинговой компании HAYS, 84% российских компаний говорят о нехватке специалистов по высоким технологиям. Однако корень проблемы может лежать в сфере школьного образования. О том, как разработать решения, позволяющие научить детей принципам считывания, определения и использования биосигналов человека, рассказал генеральный директор BiTronics Lab Тимур Бергалиев.
Концепция проекта
Главную идею нового стартапа молодые инженеры-нейротехнологи позаимствовали из советского прошлого, когда среди школьников были популярны наборы-конструкторы «Юный радиотехник» и «Юный радиолюбитель». На основе них были разработаны более современные наборы-конструкторы, комплекты модулей и учебно-лабораторные комплексы, работающие на базе адаптивной платформы Arduino, обучающего робототехнического комплекта LEGO Mindstorms EV3 и других современных контроллеров.
Наборы-конструкторы, модульные наборы и учебно-лабораторные комплексы от BiTronics Lab состоят из сенсоров и датчиков, позволяющих считывать различные биосигналы человека, и устройств, способных обрабатывать и трансформировать полученные данные в информацию для дальнейших интерпретации и использования. Также в наборы входят учебно-методологическая литература, подборка интересных интерактивных задач, которые можно выполнять в рамках стандартной образовательной программы, и специальное программное обеспечение.
Набор-конструктор «Юный Нейромоделист» стоит 27 500 рублей. В набор входят: плата Arduino, сенсор мышечной активности, электрической активности мозга, сенсоры пульса, кожно-гальванической реакции и необходимые радиодетали (диоды, конденсаторы, провода, макетная плата, аккумуляторы, зарядное устройство и др.). Стоимость набора модулей NeuroLab — 32 800 рублей. В набор входят: сенсоры для считывания мышечной активности, электрической активности мозга, пульса и кожно-гальванической реакции, обучающий конструктор LEGO Mindstorms EV3 и периферийные запчасти для создания роботов и управления ими.
Цена учебно-лабораторного комплекса в области нейротехнологий — 185 000 рублей. Набор состоит из шести видов сенсоров, специализированного контроллера, методического пособия для проведения лабораторных работ, программного обеспечения BiTronics Studio, учебника для учителя, рабочей программы для учащихся.
Для использования всех нейропродуктов компании требуется компьютер.
«Оборудование для считывания биологических сигналов человеческого организма и медико-биологических исследований стоит непомерно дорого. Мы постарались создать недорогую образовательную платформу, способную работать с различными биоданными. Возможность познакомить школьников и студентов со сферами нейротехнологии и электрофизиологии поможет пробудить интерес к этим наукам, что в перспективе принесет плоды в виде квалифицированных специалистов», — говорит Тимур Бергалиев.
Для реализации концепции проекта BiTronics использовали востребованные направления в электрофизиологии. Для примера, используя комплект модулей NeuroLab и конструктор Mindstorms EV3, ученики могут сконструировать робота и управлять им с помощью незначительных движений руки, на которую установлены датчики для считывания мышечной активности.
По схожему принципу работает связка электроэнцефалографа, считывающего сигналы электрической активности мозга, с механическими устройствами, снабженными электродвигателями и приводами. Со стороны наблюдателя это выглядит как управление механическим устройством (робот, машинка, протез руки) будто бы с помощью мыслей.
Электромиография (ЭМГ) — запись биоэлектрических сигналов скелетных мышц и мышечной активности в целом с помощью электромиографа — и электрокардиография (ЭКГ) — регистрация активности сердца посредством электрокардиографа — применяются для сбора, анализа и интерпретации биосигналов человека.
«Работа с наборами-конструкторами помогает получить практические знания о строении человеческого организма и его физиологических закономерностях. Изучить основы регистрации и обработки биологических сигналов. Развить практические навыки применения биосигналов, используя сигналы ЭЭГ, ЭКГ, ЭМГ и КГР для управления различными электротехническими устройствами», — говорит Тимур.
Сотрудничество с LEGO
13 апреля 2016 года на Московском международном салоне образования (ММСО) генеральным директором BiTronics Lab Тимуром Бергалиевым и директором российского представительства LEGO Education Ольгой Ломбас было подписано соглашение о сотрудничестве. Спустя год, в мае 2017-го, в продажу поступили комплекты модулей BiTronics NeuroLab, совместимых с Mindstorms EV3.
Сотрудничество с LEGO позволило использовать робототехнический комплект Mindstorms EV3 для создания образовательной платформы, которая бы управлялась с помощью регистрируемых биосигналов человека. На практике это выглядит как управление протезом руки с помощью сигналов кожно-гальванических реакций (КГР), записанных датчиками, входящими в комплект модулей BiTronics NeuroLab. Или, например, управление антропоморфным роботом или игрушечной машинкой путем передачи сигналов коры головного мозга (ЭЭГ).
При поддержке Фонда НТИ и Фонда Содействия Инновациям стало возможным разработать и успешно вывести на рынок новые образовательные решения, например учебно-лабораторные комплексы в области нейротехнологий.
Практическое применение наборов-конструкторов
Продукция компании BiTronics Lab используется в школах и центрах дополнительного образования как дополнение к стандартной образовательной программе на уроках биологии. Наборы-конструкторы можно использовать в двух направлениях: для считывания и использования биосигналов в роли контроллера для управления техническими устройствами; для развития навыков мониторинга состояния здоровья, основанного на обработке и интерпретации собранных биосигналов.
«Как показывает практика использования образовательной платформы BiTronics Lab, каждое из направлений в равной степени интересно для детей. Одни ученики с большим интересом работают над анализом собранных биосигналов, другие стараются использовать их для управления, например макетом протеза руки или лично собранными игрушечными машинками», — отмечает Тимур.
У компании BiTronics Lab три основных нейрообучающих продукта. Первый: набор-конструктор «Юный Нейромоделист» для изучения основ нейротехнологий и человеко-машинного взаимодействия. Работает на платформе Arduino в среде программного обеспечения BiTronics Studio. Подходит для использования в роли дополнительного образовательного курса для 8–11 классов. Второй: комплект модулей BiTronics NeuroLab. Работает с тремя видами биосигналов человека (КГР, ЭЭГ и ЭМГ) в связке с конструктором Mindstorms EV3. Целевая аудитория — ученики 7–11 классов. Третий: учебно-лабораторный комплекс в области нейротехнологий. Он помогает анализировать считываемые нейросигналы путем их визуализации с помощью персонального компьютера или ноутбука на базе операционной системы версии Windows 7 или выше.
Олимпиады и соревнования
Олимпиады и соревнования являются важными и действенными мотиваторами для школьников, они позволяют получить дополнительные баллы к ЕГЭ, дают возможность обратной связи от специалистов, помогают найти товарищей и новых друзей. BiTronics Lab совместно с партнерами ведет и разрабатывает ряд всероссийских конкурсов и олимпиад, например международный конкурс NEUROTECH CUP, Олимпиаду НТИ: профиль «Нейротехнологий и когнитивные науки», компетенцию «Проектирование нейроинтерфейсов» WorldSkills, Открытый фестиваль «Нейробот», отдельные номинации в рамках соревнований «Кванториада», «Робофест» и многие другие.
Альтернативные разработки компании
Сотрудниками компании запущена Академия BiTronics для обучения педагогов и наставников основам нейротехнологий. В рамках образовательного процесса проводятся вебинары и мастер-классы. Участники кружков по нейромоделированию и нейротехнологиям при поддержке BiTronics Lab постоянно участвуют в российских и международных олимпиадах, соревнованиях и конференциях.
В сотрудничестве с Лабораторией прикладных кибернетических систем МФТИ компания BiTronics Lab работает над усовершенствованием аппаратного качества сенсоров для считывания биосигналов и программного обеспечения, позволяющего более эффективно обрабатывать регистрируемые сигналы. Применяются разработки в сегменте носимой электроники (smart-браслеты). Так на базе лаборатории был проведен ряд научно-исследовательских работ по оценкам состояния пилотов во время полетов и водителей грузовых автомашин.
«Однако приоритетное направление деятельности компании — создание и внедрение в учебные школьные программы эффективных образовательных платформ в области нейротехнологий и искусственного интеллекта. В феврале 2020 года был запущен проект “Открытая лаборатория искусственного интеллекта” на базе МФТИ для знакомства и обучения школьников и взрослых основам технологий ИИ и смежным направлениям», — резюмирует Тимур Бергалиев.
Автор: Кристина Фирсова
