Способ оценки и развития зрительно-моторной координации человека-оператора Российский патент 2025 года по МПК A61B5/16 A61B3/02 A61B5/103 G06T11/00 G06T13/20 G06F3/346 

Изобретение относится к области медицины и предназначено для оценки и развития зрительно-моторной координации человека-оператора. Предлагаемый способ может быть полезен при профотборе в авиации, космонавтике, для оценки профессиональных качеств операторов различных беспилотных аппаратов гражданского и военного назначения, при комплексной диспансеризации населения, а также при отборе спортивного резерва, например, в дрон-рейсинг или другие дисциплины киберпространства.

Прогресс в развитии беспилотных летательных аппаратов (БПЛА) называют самым главным достижением в современной авиации последних десятилетий [1]. Требования к внешним пилотам БПЛА утверждены Минтрансом России в соответствии с ФАП №147 [2]. Известно, что внешние пилоты-операторы могут контролировать обстановку вокруг удаленного БПЛА только через свой монитор по поступающему видеосигналу и звуковому сопровождению, которые на больших дистанциях, к сожалению, приходят со значительным запозданием (до 1 сек) [3]. Поэтому крайне важно при отборе и подготовке внешних пилотов в авиации, операторов наземных, надводных и подводных мобильных комплексов иметь контингент с высоким уровнем реакции и зрительно-моторной координации [4].

Уровень техники.

По патенту 2557497 РФ [5] известен способ тренировки технико-тактических действий спортсмена в игровых видах спорта, где тренировки спортсменов осуществляются при помощи программно-аппаратного комплекса (ПАК). В данном способе используется управляемая светодинамическая подсветка поля действия человека. Световые зоны, выделенные светом, являются запрещенными для нахождения спортсмена, они имитируют противодействие игроков-соперников и, перемещаясь, препятствуют передвижению спортсмена. Спортсмен оценивает смоделированную игровую ситуацию, соизмеряет свои технические и скоростные возможности с динамикой перемещения запрещенных зон и совершает обводку запрещенных световых зон, имитирующих соперников. В способе задается сбалансированный режим физической и интеллектуальной нагрузки на спортсмена. При этом, перемещения световых запрещенных зон предсказуемы для спортсмена и не связаны с его действиями на тренировочной площади. Предсказуемость изменения игровой ситуации определяется особенностью работы программно-аппаратного комплекса, который перемещает световые зоны прямолинейными отрезками до столкновения их с границами тренировочной площади и/или между собой, причем программа комплекса перемещает зоны, как имитацию ударных взаимодействий абсолютно упругих тел равной массы согласно существующим законам механики. В зависимости от подготовленности спортсмена и задач тренировки задается диаметр, количество и максимальная скорость запрещенных зон. Задача спортсмена - выполнить обводку зон при перемещении до заданных графиком тренировки участков тренировочной площади и/или удержаться в течение заданного времени от столкновения с запрещенной зоной в границах тренировочной площадки.

Недостатком данного изобретения является его ограниченная функциональная возможность. Это техническое решение невозможно применить при оценке и развитии зрительно-моторной координации человека-оператора, работающего за монитором ПАК.

Из источника [6] известен тест военных летчиков. В данном тесте, наиболее близком к предлагаемой новации, в центре экрана монитора испытуемого формируется управляемый объект (УО), который испытуемый может перемещать с помощью компьютерной мышки в пределах обозначенной на мониторе квадратной зоны (КЗ). Вместе с тем, на экране предъявляется несколько мобильных объектов (МО), перемещающихся по экрану прямолинейными отрезками на площади КЗ и за ее пределами в поле видимости испытуемого. Задача испытуемого - после нажатия клавиши компьютерной мышки, курсор которой установлен на УО, перемещать УО по полю КЗ, минуя столкновения с МО. Момент контакта УО с МО или границей КЗ фиксируется ПАК, а на мониторе предъявляется время управления УО по КЗ от момента «Старт» до столкновения с МО или границами КЗ.

Недостатком этого способа является его низкая эффективность, ограниченные функциональные возможности, неудобство его применения, а также ограничения в оценке и развитии зрительно-моторной координации в широком спектре когнитивно-моторных нагрузок.

По патенту RU 2762334 [7] известен способ оценки и развития зрительно-моторной координации человека. В этом способе испытуемому на экране монитора ПАК предъявляют для тестового перемещения УО заданного размера и формы, а также заданное количество МО заданного размера и формы, которые перемещаются на экране программно-прямолинейными отрезками по полю действия испытуемого.

Испытуемый, наблюдая за перемещениями МО, выявляет закономерность их перемещения и переводит УО в свободные от маршрутов МО места, уклоняясь от столкновений с МО и границами зоны действия УО. Перемещение УО по полю монитора осуществляется при помощи джойстика или компьютерной мышки, или при помощи сенсорных экранов.

Размером, формой зоны действия УО, а также размером УО, количеством, скоростью, размером, цветом, контрастностью и характером перемещения МО формируют уровень когнитивно-моторной нагрузки в каждом тесте или развивающем упражнении. Параметры и характеристики зоны действия УО, самих УО и МО выбирают из библиотеки ПАК или вводят в ПАК исследователем с учетом подготовленности испытуемого.

В моменты столкновения УО с МО или границей зоны действия УО фиксирует ошибку испытуемого, подают звуковой или световой сигнал. По среднеарифметическому значению времени безошибочного управления УО судят об уровне зрительно-моторной координации испытуемого.

Недостатком этого способа является его низкая эффективность, ограниченные функциональные возможности, а также нереализованность потенциала современных технологий при оценке и развитии зрительно-моторной координации внешних операторов БПЛА и другой техники.

Технический результат предлагаемого способа заключается в повышении эффективности оценки и развития зрительно-моторной координации человека-оператора применением малогабаритных носимых средств, которые формируют виртуальную реальность и приближают оператора к реальным картинам его возможного поля действия.

Технический результат достигается тем, что формируют ПАК, испытуемому предъявляют на экране для тестового перемещения УО заданного размера и формы, а также заданное количество МО заданного размера и формы, которые перемещают по экрану испытуемого программно-прямолинейными отрезками с заданной скоростью. Испытуемый, наблюдая за перемещениями МО, выявляет закономерность их перемещения и переводит УО в свободные от маршрутов МО места, уклоняясь от столкновений с МО и границами зоны действия УО.

Перемещение УО по полю монитора испытуемый осуществляет при помощи джойстика. Размером, формой зоны действия УО, а также размером УО, количеством, скоростью, размером, цветом, контрастностью и характером перемещения МО формируют уровень когнитивно-моторной нагрузки в каждом тесте или развивающем упражнении. Параметры и характеристики зоны действия УО, самих УО и МО выбираются из библиотеки ПАК или вводятся в ПАК исследователем с учетом подготовленности испытуемого.

В моменты столкновения УО с МО или границей зоны действия УО фиксируется ошибка испытуемого, подается заданный звуковой или световой сигнал.

Тест повторяется заданное число раз с перерывами заданной длительности. Время до столкновения с МО или границей зоны действия УО во всех тестах автоматически фиксируется ПАК для анализа данных и вычисления среднеарифметического значения измеряемого показателя в заданных условиях.

Причем новым является то, что визуализацию мобильных объектов и управляемого объекта на поле действия испытуемого осуществляют при помощи средств виртуальной реальности, которые фиксируют на испытуемом. Наблюдение и контроль за действиями испытуемого осуществляют через внешние мониторы программно-аппаратного комплекса, которые синхронно отображают видеоконтент, предъявляемый испытуемому.

Видеоконтент виртуальной реальности дополняют заданным мобильным или стационарным фоновым изображением. Заданной программой ПАК формируют когнитивную нагрузку теста или упражнения, величину нагрузки регулируют изменением контрастности и яркости мобильных объектов, управляемого объекта, а также дополнительно изменением контрастности, яркости заданного фонового изображения с заданными характеристиками его движения.

Вычисляют среднеарифметическое значение времени безошибочного управления управляемым объектом в заданных условиях теста при различных вариантах когнитивно-моторной нагрузки и по его величине судят об уровне зрительно-моторной координации испытуемого.

В этом заключается совокупность существенных признаков, обеспечивающая получение технического результата во всех случаях, на которые распространяется испрашиваемый объем правовой охраны.

Предлагаемый способ оценки и развития зрительно-моторной координации человека осуществляется следующим образом. Исследователь выбирает из библиотеки компьютерных программ ту, которая, по его мнению, соответствует уровню возможностей испытуемого.

На испытуемом фиксируют шлем (очки) виртуальной реальности. Далее на экране монитора шлема испытуемому предъявляют заданное количество мобильных объектов (МО), которые перемещаются на экране программно с заданной закономерностью.

После этого, для увеличения когнитивной нагрузки из библиотеки программ включают фоновое видеоизображение местности с заданной высоты. Показывают с комментариями происходящего демонстрационную версию теста, где УО, не касаясь краев монитора, уходит от столкновений с МО. Объясняют условия и правила теста. Дают возможность испытуемому выполнить при помощи джойстика несколько пробных перемещений УО по экрану монитора.

Затем переходят непосредственно к тестированию. Испытуемому предъявляют в центральной зоне монитора шлема виртуальной реальности управляемый объект (УО). Его размер и цвет выбран исследователем. После команды «Старт» испытуемый определяет закономерность перемещения МО и переводит УО в свободную зону монитора, удаляя УО от столкновений с МО. При этом испытуемый стремится не удалять УО от центра зоны действия УО. Все контакты УО с границами зоны его действия и МО фиксируется ПАК.

Перемещение УО по полю монитора шлема осуществляется при помощи джойстика или иными средствами управления. Уровень когнитивно-моторной нагрузки в тесте регулируется размером УО, количеством, скоростью, размером и характером перемещения МО. При этом исследователь может многовариантно варьировать балансом когнитивной и моторной нагрузки. Например, простые маршруты перемещения МО поперек монитора дают меньшую когнитивную нагрузку, а имитация ударных взаимодействий МО как абсолютно упругих тел равной массы, где испытуемый должен предугадывать маршруты МО, создает совершенно иную пространственно-временную картину, сложную для восприятия и принятия быстрого правильного решения. Дополнительную когнитивную нагрузку формируют предъявлением фонового изображения. Это может быть, например, изображение какой-либо местности с заданной высоты, изображение облаков или другой заданный исследователем видеоконтент. Видеоподложка - фоновое изображение, особенно мобильное (например, вращающийся фон), усложняет испытуемому выполнить поставленную задачу. Возникает дополнительное напряжение, стресс, который может сопровождаться увеличением ошибок в управлении УО, выявлением низкого профессионального потенциала оператора или его полной недееспособности.

По максимальному среднеарифметическому безошибочному времени действий испытуемого при различных вариантах нагрузки судят об уровне зрительно-моторной координации человека-оператора. Полученные данные сравниваются со среднестатистическими показателями тестирования других испытуемых для ранжирования и выявления наиболее подготовленных и стрессоустойчивых операторов.

Очевидно, что предлагаемое техническое решение в широком диапазоне возможных когнитивно-моторных нагрузок и режимов не представляет сложности для понимания специалистом.

Однако приведем пример.

Испытуемый - М, молодой специалист, 20 лет, ведущая рука - правая, ведущая нога - правая, ведущий глаз - правый. Обследование проведено с использованием очков виртуальной реальности.

Испытуемому, после объяснения условий теста, из библиотеки программно-аппаратного комплекса выбрали параметры и характеристики зоны действия управляемого объекта, самих управляемых объектов и мобильных объектов: в центре экрана очков (точка «Старт») предъявили для перемещения красную метку - УО диаметром 5 мм и 4 синих МО диаметром 8 мм, передвигающихся с максимальной скоростью - 0.5 м/сек МО. Цвет фона белый. Условия теста, включая вид перемещений МО, выбраны исследователем с учетом подготовленности испытуемого.

МО предсказуемы для испытуемого. Предсказуемость изменения ситуации на мониторе определяется особенностью работы ПАК, который перемещает МО прямолинейными отрезками до столкновения их с границами экрана монитора и/или между собой. Программа ПАК перемещает МО как имитацию ударных взаимодействий абсолютно упругих тел равной массы согласно существующим законам механики.

Испытуемый, наблюдая за изменениями на мониторе, при помощи джойстика переводит УО без столкновений с МО в свободные поля зоны действия УО. Столкновение УО с границами зоны действия УО считается ошибкой. Также ошибкой считается столкновения УО с МО. В таких случаях ПАК подает звуковой сигнал, и тест начинается вновь с исходных позиций.

Ошибки столкновения УО с границами зоны действия УО и ошибки столкновения УО с МО считаются равнозначными и при оценке не отдельно не учитываются.

ПАК автоматически высчитывает среднеарифметическое время перемещений УО без ошибок. В данной серии 10 минутного тестирования среднеарифметическое значение корректного перемещения УО без ошибок составило - 11,4 сек.

Затем исследователь повышает когнитивную нагрузку предъявлением подложки-фона, дополняя видеоконтент виртуальной реальности заданным стационарным фоновым изображением зимнего леса с высоты полета 300 метров. Фон пестрый, он мешает сосредоточиться испытуемому и корректно выполнять поставленную задачу. Возрастает количество ошибок. Исследователь снижает контрастность и яркость подложки, подбирает режим, при котором испытуемый ошибается реже.

В случае, если количество ошибок испытуемого при предъявлении стационарного фона резко не возрастает, исследователь еще повышает когнитивную нагрузку дополняя видеоконтент виртуальной реальности заданным мобильным фоновым изображением в виде вращающегося изображения зимнего леса с высоты полета 300 метров с частотой вращения подложки - 0,25 об/с. В силу повышенной когнитивно-моторной нагрузки количество ошибок испытуемого увеличивается. Исследователь останавливает вращение фона, снижает контрастность и яркость подложки, подбирает режим, при котором испытуемый ошибается реже.

На основании полученных данных и условий теста, а также среднестатистических данных аналогичных исследований других операторов, специалисты дают заключение об особенностях зрительно-моторной координации испытуемого и его профессиональной пригодности.

Многократное повторение тестирования при различных уровнях когнитивно-моторной нагрузки рассматривают в качестве развивающего упражнения, позволяющего развить навыки зрительно-моторной координации испытуемого.

Очевидно, что совокупность приемов и порядок практических действий в данном изобретении обеспечивает достижение заявленного технического результата. Технический характер решения подтверждается наличием технического результата, получаемого при осуществлении данного изобретения. Предложенный способ впервые указывает путь и комплекс технических, алгоритмических и программных ресурсов, при помощи которых поставленная задача может быть решена.

При осуществлении заявляемого способа могут использоваться известные технические решения и средства, для создания тестов может быть использовано известное или оригинальное программное обеспечение.

Диагностика зрительно-моторной координации играет большую роль при оценке профессионального потенциала и общего функционального состояния человека-оператора. Яркое проявление отклонения от нормы, которая определяется специалистами в каждом конкретном случае, должно быть своевременно выявлено корректными методами. Это необходимо для последующей оценки профпригодности человека, допускаемого к управлению мобильными объектами в объемах, где присутствуют динамичные препятствия, и предъявляется жесткий лимит времени для принятия эффективного решения в сложившихся пространственно-временных обстоятельствах.

Использование данного способа показывает эффективность и высокий потенциал предлагаемого изобретения. Данный способ позволяет определить количественные показатели зрительно-моторной координации человека в большом диапазоне режимов тестирования испытуемых с применением виртуальной реальности. Сравнивая количественные результаты разновременных тестов, можно корректно определить динамику изменений зрительно-моторной координации человека-оператора.

Таким образом, заявляемый способ с предложенными техническими ресурсами обладает новыми свойствами, обусловливающими получение заявленного технического результата. Являясь эффективным инструментом, данный способ расширяет арсенал исследовательских средств человека. Очевидно, что предложенный способ позволяет получить количественные данные, которые ранее были недоступны для специалистов.

Исследование выполнено за счет гранта Российского научного фонда №23-19-00568 от 15.05.2023 г. https://rscf.ru/project/23-19-00568/.

Источники информации

1. https://postupi.online/journal/novie-professii/kuda-postupat-na-operatora-bespilotnogo-letatelnogo-apparata-bpla/ Беспилотный летательный аппарат.

2. https://aeronet.aero/analytics/2018_01_22_how_to_become_drone_operator_in_russia Обучение операторов дронов.

3. https://stat.mil.ru/files/morf/Sbornik-konferencii-2017.pdf - Перспективы развития и применения комплексов с беспилотными летательными аппаратами.

4. Прокофьев С. Подготовка операторов беспилотных летательных аппаратов // Зарубежное военное обозрение. - 2004. №8. - С. 37-43

5. Патент 2557497 РФ, МПК А63В 71/00. Способ тренировки технико-тактических действий спортсмена в игровых видах спорта /Афоньшин В.Е.; опубл. 20.07.2015, Бюл. №20.

6. https://i-fakt.ru/test-na-reakciyu-dlya-voennyx-pilotov/ Тест на реакцию военных пилотов.

7. Патент 2762334 РФ, МПК A61B 3/00. Способ оценки и развития зрительно-моторной координации человека / Афоньшин В.Е., Сидоркина И.Г., Соколов В.Г., Мустаев Д.В.; опубл. 17.12.2021 Бюл. №35.

Изобретение относится к области медицины и предназначено для оценки и развития зрительно-моторной координации человека-оператора. Предложен способ, в котором формируют ПАК, испытуемому предъявляют на экране для тестового перемещения УО заданного размера и формы, а также заданное количество МО заданного размера и формы, которые перемещают по экрану испытуемого программно-прямолинейными отрезками с заданной скоростью. Испытуемый, наблюдая за перемещениями МО, выявляет закономерность их перемещения и переводит УО в свободные от маршрутов МО места, уклоняясь от столкновений с МО и границами зоны действия УО. Перемещение УО по полю монитора испытуемый осуществляет при помощи джойстика. Размером, формой зоны действия УО, а также размером УО, количеством, скоростью, размером, цветом, контрастностью и характером перемещения МО формируют уровень когнитивно-моторной нагрузки в каждом тесте или развивающем упражнении. Параметры и характеристики зоны действия УО, самих УО и МО выбираются из библиотеки ПАК или вводятся в ПАК исследователем с учетом подготовленности испытуемого. В моменты столкновения УО с МО или границей зоны действия УО фиксируется ошибка испытуемого, подается заданный звуковой или световой сигнал. Тест повторяется заданное число раз с перерывами заданной длительности. Время до столкновения с МО или границей зоны действия УО во всех тестах автоматически фиксируется ПАК для анализа данных и вычисления среднеарифметического значения измеряемого показателя в заданных условиях. Особенностью способа является то, что визуализацию мобильных объектов и управляемого объекта на поле действия испытуемого осуществляют при помощи средств виртуальной реальности, которые фиксируют на испытуемом. Наблюдение и контроль за действиями испытуемого осуществляют через внешние мониторы программно-аппаратного комплекса, которые синхронно отображают видеоконтент, предъявляемый испытуемому. Видеоконтент виртуальной реальности дополняют заданным мобильным или стационарным фоновым изображением. Заданной программой ПАК формируют когнитивную нагрузку теста или упражнения, величину нагрузки регулируют изменением контрастности и яркости мобильных объектов, управляемого объекта, а также дополнительно изменением контрастности, яркости заданного фонового изображения с заданными характеристиками его движения. Вычисляют среднеарифметическое значение времени безошибочного управления управляемым объектом в заданных условиях теста при различных вариантах когнитивно-моторной нагрузки и по его величине судят об уровне зрительно-моторной координации испытуемого. Предложенный способ позволяет получить количественные данные, которые ранее были недоступны для специалистов.

Способ оценки и развития зрительно-моторной координации человека-оператора, где испытуемому предъявляют на экране программно-аппаратного комплекса для тестового перемещения управляемый объект заданного размера и формы, а также заданное количество мобильных объектов заданного размера и формы, которые перемещают по экрану испытуемого программно-прямолинейными отрезками с заданной скоростью; испытуемый, наблюдая за перемещениями мобильных объектов, выявляет закономерность их перемещения и переводит управляемый объект в свободные от маршрутов мобильных объектов места, уклоняясь от столкновений с мобильными объектами и границами зоны действия управляемого объекта; перемещение управляемого объекта по полю монитора испытуемый осуществляет при помощи джойстика; размером, формой зоны действия управляемого объекта, а также размером управляемого объекта, количеством, скоростью, размером, цветом, контрастностью и характером перемещения мобильных объектов формируют уровень когнитивно-моторной нагрузки в каждом тесте или развивающем упражнении; параметры и характеристики зоны действия управляемого объекта, самих управляемых объектов и мобильных объектов выбираются из библиотеки программно-аппаратного комплекса или вводятся в программно-аппаратный комплекс исследователем с учетом подготовленности испытуемого; в моменты столкновения управляемого объекта с мобильным объектом или границей зоны действия управляемого объекта фиксируется ошибка испытуемого, подается заданный звуковой или световой сигнал; тест повторяется заданное число раз с перерывами заданной длительности; время до столкновения с мобильными объектами или границей зоны действия управляемого объекта во всех тестах автоматически фиксируется программно-аппаратным комплексом для анализа данных и вычисления среднеарифметического значения измеряемого показателя в заданных условиях, при этом визуализацию мобильных объектов и управляемого объекта на поле действия испытуемого осуществляют при помощи средств виртуальной реальности, которые фиксируют на испытуемом; наблюдение за действиями испытуемого осуществляют через внешние мониторы программно-аппаратного комплекса, которые синхронно отображают видеоконтент, предъявляемый испытуемому; видеоконтент виртуальной реальности дополняют заданным мобильным или стационарным фоновым изображением; заданной программой формируют когнитивную нагрузку теста или упражнения, величину нагрузки регулируют изменением контрастности и яркости мобильных объектов, управляемого объекта, а также дополнительно изменением контрастности, яркости заданного фонового изображения с заданными характеристиками его движения; вычисляют среднеарифметическое значение времени безошибочного управления управляемым объектом в заданных условиях теста при различных вариантах когнитивно-моторной нагрузки и по его величине судят об уровне зрительно-моторной координации испытуемого.