СПОСОБ КОРРЕКЦИИ ПСИХОФИЗИОЛОГИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ ЧЕЛОВЕКА Российский патент 1995 года по МПК A61B5/16 

Изобретение относится к удовлетворению жизненных потребностей человека через гармонизацию воздействий окружающей среды на его каналы восприятия, а именно к способам создания комфортных условий для человека, например, в человек - машинной среде, и может быть использовано для усовершенствования человек - машинного интерфейса (согласования) в различных отраслях производства и в быту, а также в медицине, например, в физиотерапии.

Известен способ создания комфортных условий для человека на основе благоприятного воздействия внешней среды, например музыкального, светового и светомузыкального воздействия на органы чувств людей, результатом которого является снятие каких-либо отрицательных эмоций при усталости.

Известен также способ создания комфортных условий для человека посредством благоприятных воздействий на его органы чувств шума морского прибоя, или бриза, а также путем эстетического восприятия шедевров живописи или архитектуры, способствующих снижению у человека напряжения и дискомфорта за счет приятных тактильных ощущений или радостного созерцания.

Известные способы, несмотря на различный для каждого конкретного типа воздействия механизм гармонизации , обеспечивают в процессе взаимоотношений человека с окружающей средой появление у него чувства комфортности, под которым понимается наиболее благоприятное для нормальной жизнедеятельности организма состояние при данных условиях.

Однако все известные способы создания комфортных условий для человека объединяет тот факт, что они содержат в качестве первопричины комфортных ощущений флуктуации 1/f или так называемый фликер-шум (шум типа 1/f), который существует в природе в виде низкочастотных колебаний.

Недостатком указанных традиционных способов является невозможность их широкого применения в различных условиях человек - машинной среды в силу специфичности как условий их создания, так и условий их применения, что существенно ограничивает их область эффективного действия.

Известен способ создания комфортных условий для человека в человек-машинной среде путем воздействия на человека фактором (воздушным потоком), содержащим флуктуации типа I/f. Эти флуктуации формируют и вводят в программное управление режима работы исполнительного устройства (вентилятора), создающего данный воздушный поток.

Данный способ обеспечивает создание воздушного потока, подобного по своему результату воздействию естественного морского бриза, благодаря чему происходит определенная гармонизация человек - машинной среды.

Недостатком такого способа является невозможность воздействия по каким-либо другим каналам человеческого восприятия, кроме тактильного. В данном способе фактором воздействия, содержащим флуктуации типа I/f, может быть только воздушный поток, в то время как в человек - машинной среде факторами воздействия могут быть световой, звуковой и другие, соответствующие воспринимаемым человеком пятью органами чувств.

Кроме того, данный способ имеет ограниченную степень тактильного воздействия и не может быть использован для иного типа устройств (например, вентилятора с двигателем постоянного тока).

Это обусловлено тем, что управляющие сигналы в виде временной последовательности формируют и запоминают заранее, применительно к конкретному типу электровентилятора. В результате возникающее у человека чувство комфортности при таком способе будет ограничено по каналу воздействия (т.е. только по одному каналу - тактильному), по методу воздействия, т.е. только для определенного типа устройства и по степени воздействия. Все это приводит к снижению интенсивности чувств комфортности человека и ограничению функциональных возможностей способа и его области применения.

Известен ближайший по технической сущности и достигаемому результату к заявляемому способ создания комфортных условий для человека в человек - машинной среде через фактор воздействия на его органы чувств - воздействие воздушного потока электрофена, включающий формирование и запоминание временной последовательности управляющих исполнительным устройством сигналов, определяющих спектр флуктуаций типа 1/f выбор степени воздействия фактора (воздушного потока) на человека, управление исполнительным устройством с помощью заполненной временной последовательности управляющих сигналов в соответствии c выбранной степенью воздействия и осуществления воздействия на человека фактором исполнительного устройства - воздушным потоком электрофена, содержащим флуктуации типа 1/f.

Такой способ по сравнению с предыдущим аналогом - за счет специально предусмотренных наборов заполненных исполнительным устройством управляющих сигналов позволяет исключить ограничение по степени воздействия воздушным потоком на человека, что обеспечивает более широкий диапазон ощущения комфортности.

Однако способ-прототип не исключает ограничений по каналу воздействия на человека и по методу воздействия, что приводит к снижению уровня комфортности для человека в человек-машинной среде.

Решаемой технической задачей является повышение чувства комфортности для человека, например, в человек-машинной среде за счет исключения в заявляемом способе ограничений по каналу и по методу воздействия на человека.

Универсализация подхода к решению поставленной задачи в данном способе за счет операций формирования и запоминания эталонной спектральной характеристики в выбранном канале позволяет использовать единый критерий для организации функционала управления и в других (четырех) каналах воздействия на человека, независимо от вида воздействия, что позволяет результат сравнения с сигналом-эталоном сигналов других спектральных характеристик фактора воздействия рассматривать как обобщенный аргумент для формирования управляющего сигнала или в более общем случае - функционального управления. Это позволяет снять ограничение по каналу воздействия на человека и, следовательно, повысить уровень комфортности человека в человек-машинной среде по сравнению с прототипом.

Осуществление операции формирования временной последовательности управляющих сигналов для исполнительного устройства по результатам сравнения сигнала спектральной характеристики фактора воздействия с эталонной спектральной характеристикой позволяет за счет создания обратной связи между управляющим и исполнительным устройствами обеспечить получение результирующего воздействия флуктуаций со спектром 1/f практически для любого метода воздействия на человека в каждом из каналов воздействия на выбор, что снимает ограничение по методу воздействия на человека и повышает уровень комфортности человека в человек-машинной среде по сравнению с прототипом.

Возможность выбора доминирующего канала воздействия позволяет применять любой метод воздействия именно в этом канале и получить дополнительно эффект комфортности человека в зависимости от условий среды.

Возможность выбора одного или нескольких каналов воздействия дополнительно к уже выбранному позволяет снять ограничение по каналу воздействия и тем самым усилить эффект комфортности человека.

Сравнение заявляемого технического решения с прототипом позволило установить соответствие критерию "новизна". При изучении других технических решений можно сделать вывод, что данное решение вытекает из них неочевидным образом и, следовательно, соответствует критерию "изобретательский уровень".

Реализация заявляемого способа в любых устройствах техники, используемых в человек - машинной среде, в том числе серийных бытовых приборах, обеспечивает соответствие критерию "промышленная применимость".

На фиг. 1 изображена функциональная схема устройства для реализации заявляемого способа; на фиг. 2 - матрица исходов в человек-машинном интерфейсе.

Сущность предлагаемого способа заключается в следующем.

На человека, находящегося в человек - машинной среде, например в цехах с повышенным уровнем шума или неблагоприятного светового потока, оказывает воздействие этой средой практически по всем пяти каналам восприятия человека, соответствующим пяти органам чувств. Однако в любом случае решающее влияние на него оказывает один из каналов или один из факторов воздействия - "фактор F" (см. фиг. 1) как доминирующий фактор, например звуковой или световой. Этот фактор F воздействия играет решающую роль в восприятии человеком окружающей среды и формировании у него чувства комфортности или дискомфорта. Фактор F создают исполнительным элементом, например бытовым прибором, вентилятором, феном и т.д.

В предлагаемом способе предварительно осуществляют формирование и запоминание сигнала определяющего спектр 1/f эталонной спектральной характеристики в заданном канале. Этот сигнал считают универсальным для любого фактора воздействия F эталоном комфортности, позволяющим установить степень соответствия любого воздействия этому эталону. Для принятия решения о соответствии доминирующего фактора воздействия F эталону определяют сигнал спектральной характеристики фактора воздействия путем измерения частотной зависимости для спектральной плотности мощности фактора воздействия F (например с помощью анализатора спектра).

Затем сравнивают эти характеристики и по результатам сравнения формируют управляющий сигнал для исполнительного элемента. Этот сигнал образуется на основе суперпозиции экспоненциальных импульсов с регулируемыми амплитудой, временем релаксации и расположением импульсов на временной оси. Образовавшаяся таким образом временная последовательность управляющих сигналов задает такой режим работы исполнительному устройству, когда на его выходе фактор воздействия F приобретает необходимый спектр 1/f. Таким образом осуществляют гармонизацию воздействия этого фактора и тем самым вызывают чувство комфортности у человека.

В случае определения сигнаов спектральной характеристики фактора воздействия F одновременно не только в доминирующем канале, но и в других (недоминирующих) каналах, формирование управляющего сигнала осуществляют также по результатам сравнения с сигналом спектральной характеристики со спектром 1/f, что, в итоге, обеспечивает гармонизацию фактора воздействия по всем заданным каналам и приводит к дополнительному повышению чувства комфортности.

Введение в способ операции формирования и запоминания эталонного сигнала комфортности для любого канала восприятия позволяет произвольно выбирать канал воздействия в конкретно сложившейся человек-машинной среде с учетом возможных изменений в ней. Например, в случае изменений температуры доминирующим каналом может быть тактильный, вместо звукового, являющегося ранее доминирующим.

Формирование управляющего сигнала для исполнительного по результатам сравнения cигнала спектральной характеристики фактора воздействия с сигналом эталонной спектральной характеристики со спектром 1/f позволяет выбирать произвольное устройство (метод) в каждом канале восприятия. Например использование специальной приставки - преобразователя для различных типов устройств (вентиляторов, фенов и т.п.).

Сущность предлагаемого способа поясняется также матрицей исходов (см. фиг. 2) в человек-машинном интерфейсе. Под исходом понимается появление у человека чувства комфоpтности как результат воздействия на него шумом типа 1/f в определенном канале и определенным методом.

Смысл приведенной матрицы заключается в следующем.

Предположим, что в конкретных условиях окружающей человека человек-машинной среды доминирующим каналом воздействия является звуковой или канал i, а наилучшим методом воздействия является специальная приставка к источнику раздражающего звука, т.е. метод j. Тогда наибольший эффект будет достигнут, если воздействовать на человека по i-му каналу j-тым методом (см. фиг. 2). При этом максимальный эффект будет характеризоваться комфортным ощущением Wij. Очевидно, что замена доминирующего канала на любой другой, например тактильный k - канал и выбор любого другого метода воздействия n-й, приведет к снижению комфортного ощущения до Wkn, т.е. Wkn<Wij. Таким образом, возможность выбора доминирующего канала и наилучшего метода воздействия приводит к появлению у человека дополнительного чувства комфортности:
W=Wij-Wkn
При этом предлагаемый способ исключает случайный подход попадания в доминирующий канал восприятия и метод воздействия, так как гарантирует достижение этого события, в то время как в способе прототипе вероятность "Р" достижения максимального чувства комфортности составит: P=P_i ˙P_j, где Р_i - вероятность выбора доминирующего канала воздействия; P_j - вероятность выбора наиболее эффективного метода воздействия.

Устройство содержит исполнительный элемент 1, блок 2 формирования временной последовательности управляющих сигналов, запоминающий блок 3, блок 4 генерации случайных экспоненциальных импульсов, блок 5 управления параметрами генератора случайных экспоненциальных импульсов, преобразователь 6, элемент сравнения 7, блок 8 эталонных сигналов и блок 9 выбора режима работы устройства: выбор канала, выбор метода и выбор интенсивности.

Блоки 2, 3, 4 и 5 образуют блок 10 формирования управляющих сигналов, подключенный к исполнительному элементу 1. Преобразователь 6 соединен с элементом сравнения 7, который соединен с блоком 5 управления, вход которого соединен с блоком 9 выбора режима. Выход блока 9 также соединен с блоком 8 эталонных сигналов, а блок 8 с элементом 7 сравнения.

В качестве исполнительного элемента использован вентилятор. Воздушный поток вентилятора преобразуется блоком 6, с помощью которого определяют спектральную характеристику фактора воздействия F - воздушного потока.

При работе устройство запускается с помощью блока 9 выбора режима работы путем нажатия соответствующих клавиш выбора канала, метода и интенсивности воздействия. После этого срабатывают блоки 5, 4, 3, 2 и 1.

Формирование соответствующего фактору воздействия сигнала происходит также в преобразователе 6, который затем сравнивается в блоке 7 с эталонным сигналом, поступившим из блока 8 и определяющим эталонный спектр 1/f, который также запускается блоком 9 одновременно со всем устройством. Эталонный спектр получают, например, используя в качестве источника 1( f - флуктуаций пульсации тока ) 10-15 мкА, протекающего по угольному пленочному сопротивлению (1 МОм).

В результате сравнения выделяется сигнал ошибки, который управляет блоком 5, передающим команды блоку 4, который вырабатывает случайные экспоненциальные импульсы с такими параметрами (амплитудой, крутизной, полярностью и расположением на временной оси), которые корректируют спектр воздействия приводя его к виду 1/f. Эти импульсы подаются на обмотку возбуждения электродвигателя вентилятора, в результате чего обеспечивается управление работой вентилятора в соответствии с выбранным каналом, методом и интенсивностью воздействия.

Ошибка корректировки при этом составляет ≈ 0,5%, что свидетельствует о достаточной высокой точности получения спектра 1/f в используемом факторе воздействия, приводящего к повышению чувства комфортности.

Использование: изобретение относится к удовлетворению жизненных потребностей человека через гармонизацию воздействия окружающей среды на его каналы восприятия, а именно к способам создания комфортных условий для человека в человек-машинной среде, и может быть использовано для усовершенствования человек-машинного интерфейса /согласования/ в различных отраслях производства и в быту, а также в медицине, например, в физиотерапии. Сущность: способ включает формирование и запоминание сигнала эталонной спектральной характеристики, определяющей спектр 1/f в заданном канале, которая является эталоном комфортности, определение сигнала спектральной характеристики фактора воздействия в заданном канале и сравнение ее с эталонной, формирование временной последовательности управляющих исполнительным устройством сигналов по результатам сравнения сигнала спектральной характеристики фактора воздействия с эталонным сигналом. Кроме того, сигнал спектральной характеристики фактора воздействия определяют одновременно в нескольких каналах воздействия. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. СПОСОБ КОРРЕКЦИИ ПСИХОФИЗИОЛОГИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ ЧЕЛОВЕКА, при котором воздействуют выбранным фактором среды, создаваемым исполнительным элементом, включающий формирование временной последовательности управляющих исполнительным элементом сигналов, выбор степени воздействия фактора среды на человека, управление исполнительным элементом с помощью временной последовательности управляющих сигналов в соответствии с выбранной степенью воздействия и воздействие на человека фактором среды, содержащим флуктуации со спектром 1/f, отличающийся тем, что предварительно осуществляют формирование и запоминание сигнала эталонной спектральной характеристики, определяющей спектр 1/f в заданном канале для выбранной степени воздействия, а затем задают сигнал спектральной характеристики фактора воздействия в заданном канале, причем формирование временной последовательности управляющих исполнительным элементом сигналов производят по результатам сравнения сигнала спектральной характеристики фактора воздействия с сигналом эталонной спектральной характеристики со спектром 1/f. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что сигнал спектральной характеристики фактора воздействия задают одновременно в нескольких каналах воздействия.