УСТРОЙСТВО ИНДИКАЦИИ ВРЕМЕНИ СНА

Полезная модель относится к области измерения и отображения интервалов времени, а именно, к вычислению и отображению текущего состояния времени сна и интервала времени, оставшегося до момента запланированного пробуждения. Полезная модель может использоваться как для эксплуатации в домашних условиях, так и для отраслей деятельности людей, связанной с работой, например, вахтовым методом (судоходство, военная служба и т.д.).
Известно, что работоспособность человека существенно зависит от полноценности отдыха во время сна. Учитывая, что современный ритм жизни значительно отличается от естественных фаз изменений дня и ночи, очень важно обеспечить комфортный отдых и снятие нервного напряжения во время сна, включая момент пробуждения. Особенно актуальной эта проблема является для лиц, время сна и пробуждения которых постоянно меняется и не имеет существенной корреляции с суточными естественными изменениями. Чрезвычайно важна эта проблема для людей, профессия которых связана с управлением сложными технологическими установками, или транспортными средствами, например, операторы атомных станций, химических производств, пилоты авиалайнеров, руководители крупнотоннажных кораблей, очередных ракетных систем и др. Нарушения сна у таких лиц приводит к повышению риска принятия ошибочных решений, которые могут иметь катастрофические последствия.
Известен способ и устройство для обеспечения оптимального алгоритма пробуждения человека. Этот способ реализован на основе научных исследований, в которых установлено, что сон делится на ряд фаз, которые отличаются реакцией организма на внешние раздражители. (См., например, Ковальзон В.М. Природа сна // Природа. - 1999, №8. - С.172-181). Доказано, что для подачи сигнала пробуждения наиболее оптимальной является стадия перехода сна от фазы сновидений к фазе неглубокого сна. На основании этих исследований реализован алгоритм и устройство, учитывающее индивидуальные особенности человека, см., например, будильник сонных фаз «aXbo» ((29.11.2011).
Указанный способ и реализующее его устройство основаны на анализе движений человека во время сна, подсчета изменения фаз сна, сопоставлении текущей фазы сна со временем пробуждения и заданным диапазоном времени пробуждения. Указанный способ и устройство обеспечивают оптимальное пробуждение человека в наиболее благоприятной фазе сна, и тем самым создают предпосылки для хорошего самочувствия, высокой работоспособности и возможности выполнения функциональных обязанностей с хорошим уровнем сосредоточенности.
Недостатком указанного способа и устройства является то, что не обеспечивается снятие нервного напряжения во время фазы засыпания и на протяжении других фаз сна от момента засыпания до подъема.
Как известно из научных исследований, во время сна существуют стадии, близкие к пробуждению (см., например, графики сна, предоставленные в работах Ковальзон В.М. Природа сна // Природа. - 1999, №8. - С.172- 181 и ). Незначительное влияние внешних раздражителей и повышенный уровень тревожности, вызванный, например, необходимостью подъема в заданное время (особенно, когда время подъема значительно отличается от повседневного), приводит к тому, что человек просыпается и, находясь на грани сна и бодрствования, пытается определить необходимость подъема или возможность продолжения сна. Чаще всего эта проблема решается путем сопоставления текущего времени с запланированным временем окончания отдыха.
Для этого необходимо включить свет, найти часы, сфокусироваться на элементах, отражающих время, вспомнить запланированное время пробуждения, определить разницу текущего времени с временем пробуждения, сопоставить полученный результат с возможностью дальнейшего сна и принять решение о подъеме ранее запланированного времени, или продолжении прерванного сна. Очевидно, что такая последовательность действий требует реализации достаточно высокого уровня умственной активности. Для многих людей такая последовательность действий приводит к бессоннице, либо попыткам отдыха, прерываемого многократными стадиями определения своего положения во времени (состояние тревожного сна). Очевидно, что качество такого отдыха крайне низкое, что приводит к потере внимания, раздражительности, нервному напряжению и другим физическим, психическим и психологическим проблемам.
Известен способ и устройство для определения положения во времени в период сна, который заключается в проецировании на оптически доступную поверхность, например, потолок, изображения индицирующей части часов - циферблата со стрелками, цифр или символов (см., например, проекционные часы Oregon Scientific
…30.12.2012.
Указанный способ позволяет существенно сократить усилия для получения информации о текущем времени. При его использовании не возникает необходимости в приложении значительных физических усилий.
Недостатком этого способа является то, что он не приводит к уменьшению умственной деятельности. Ведь, как и в случае с обычными часами необходимо:
- сфокусироваться на элементах, отображающих время;
- вспомнить запланированное время пробуждения;
- определить разницу текущего времени со временем пробуждения;
- сопоставить полученный результат с интервалом времени целесообразным для продолжения сна;
- принять решение о подъеме раньше запланированного времени, или решение о продолжении прерванного сна.
Очевидно, что значительные усилия, связанные с умственной деятельностью, приводят к существенному нарушению сна, или даже бессоннице. Нарушенный сон ведет к нервному напряжению, увеличению числа ошибок при выполнении работ, особенно тех, которые требуют внимания и сосредоточенности. В качестве прототипа принято техническое решение (см., например, http:/eclecti.cc/files/2010/01 sleepremainingindicator.jpg перевод 01.22.2010..…29.12.2012).
в котором реализован способ индикации остатка времени на сон, включающий:
- загрузку программы управления индикатором в вычислительного устройства;
- введение заданного времени пробуждения;
- вычисление разницы между текущим временем и временем пробуждения;
- формирование сигналов управления сервоприводом;
- проецирование линейной развертки лазерного луча на поверхность;
- изменение амплитуды колебаний лазерного луча в зависимости от остатка времени от текущего состояния до момента пробуждения.
Для реализации этого способа используется устройство, включающее компьютер, сервопривод и полупроводниковый лазер, который закреплен на оси сервопривода.
В процессе эксплуатации, для реализации указанного способа, включают компьютер, загружают программу управления сервоприводом, вводят данные о времени запланированного пробуждения и запускают программу на выполнение. Во время отработки программы сервопривод меняет положение лазера с частотой, которая позволяет воспринимать траекторию лазерного луча на поверхности как сплошную линию (примерно 15-30 колебаний в секунду). На протяжении сна длина траектории изменяется от 100% (линия в момент запуска) до 0 (яркая точка в момент пробуждения). Такое решение позволяет с использованием незначительных умственных усилий, находясь в состоянии полусна, оценить продольный размер траектории и определить интервал времени, оставшегося до момента подъема.
Недостатком указанного технического решения является то, что, находясь в состоянии полусна достаточно сложно определить в затемненном помещении продольный размер траектории лазерного луча, поскольку для этого нужно помнить начальный размер траектории, и сопоставить текущий размер траектории с окружающими предметами. Кроме того, довольно сложно определить работоспособность устройства в текущем состоянии, так как световая «точка» при отсутствии траектории-линии может возникнуть как при окончании времени сна, так и при отказе устройства. (В существующих приборах для измерения времени работоспособность определяется за счет вторичных признаков действия - «тиканье» механических систем или мигание точек на индикаторах времени).
Кроме того, использование лазерного луча для индикации времени приводит к тому, что по мере уменьшения амплитуды развертки начинает расти яркость траектории. Это может привести к преждевременному пробуждению и незапланированному подъему. Характерной особенностью лазерного излучения также является то, что при освещении диффузно-рассеивающей поверхности, возникает спекл-структура, которая за счет высокочастотного мерцания может раздражать органы зрения (даже при полузакрытых веках) и также может являться причиной нарастания умственной активности, а, следовательно, и незапланированного, преждевременного подъема.
Техническая задача полезной модели заключается в повышении эффективности устройства индикации времени сна за счет использования в конструкции устройства светового излучателя, создающего геометрический объект в виде пространственной фигуры с геометрическим световым контуром модулированной яркости в зависимости от времени сна, выполнения светового излучателя из дискретных элементов, излучающих свет разного спектрального состава, что делает использование заявленного устройства более простым и удобным, чем в аналогах и прототипе.
Технический результат достигается тем, что в устройстве индикации времени сна, включающем программный блок отсчета времени, световой излучатель, создающий световой геометрический объект, и блок управления световым излучателем, - в качестве светового излучателя использован световой излучатель, создающий геометрический объект в виде пространственной фигуры с геометрическим световым контуром модулированной яркости, причем световой излучатель выполнен из дискретных элементов, излучающих свет разного спектрального состава, а блок управления содержит модулятор, обеспечивающий изменение яркости и цвета по сечению светового потока излучателя в зависимости от времени сна, при этом модулятор может быть, например, оптическим, а световой излучатель может быть, например, размещен в подушке, наполнитель и оболочка которой выполнены из светопроводящего материала.
Полезная модель имеет следующие отличия от прототипа:
- в качестве светового излучателя использован световой излучатель, создающий геометрический объект в виде пространственной фигуры с геометрическим световым контуром модулированной яркости;
- световой излучатель выполнен из дискретных элементов, излучающих свет разного спектрального состава;
- блок управления содержит модулятор, обеспечивающий изменение яркости и цвета по сечению светового потока излучателя в зависимости от времени сна;
- модулятор может быть, например, оптическим;
- световой излучатель может быть, например, размещен в подушке, наполнитель и оболочка которой выполнены из светопроводящего материала.
Воспроизведение светового геометрического объекта в виде пространственной фигуры с геометрическим световым контуром позволяет значительно упростить анализ текущего остатка времени на сон по отношению к начальному состоянию. Так, например, при выполнении светового геометрического объекта в виде светового прямоугольника, который уменьшается с течением времени по одному из измерений (например, длине), при наличии светового контура, позволяет зафиксировать исходное состояние геометрической фигуры. На уровне подсознания это распознается как «опорожнение сосуда» и позволяет легко, избегая нервного напряжения, определить долю времени, оставшегося на сон.
Модулирование яркости светового контура пространственной геометрической фигуры позволяет на уровне подсознания донести информацию о работоспособности и нормальном функционировании устройства для индикации времени сна. Так, например, изменение яркости светового контура в пределах от 20 до 100% с частотой 1.0-0.2 Гц приводит к торможению возбуждения, поскольку такие колебания соответствуют естественной саморегуляции организма человека, что ведет к успокоению, и снижению стресса даже при тревожном состоянии, например, при осознании возможности отказа устройства.
Изменение цвета и геометрической формы пространственной геометрической фигуры значительно упрощает подсознательную реакцию на определение времени, оставшегося на сон. Так, например, исходный цвет геометрической фигуры может соответствовать коротковолновому диапазону видимого спектра оптического излучения (сине-зеленый цвет), что у подавляющего большинства людей ассоциируется с состоянием тишины и спокойствия. С течением времени цвет пространственной фигуры меняется на цвет среднего оптического диапазона (зелено-желтые цвета) ассоциируются с состоянием неторопливой подготовки к действию. Изменение цвета пространственной геометрической фигуры на длинноволновые цвета спектра (оранжево-красный) ассоциируется с состоянием активного реагирования, что соответствует стадии пробуждения. Изменение формы геометрической фигуры также позволяет донести на уровне подсознания информацию о времени сна относительно момента пробуждения. Так, например, изменение геометрической формы пространственной геометрической фигуры с расплывчатой бледно-синей тучки на четко ограниченный красный круг, ассоциативно связывается с изменением состояния безмятежности к состоянию активного действия, что обеспечивает снижение уровня тревожности и нервного напряжения в процессе начальных и средних фаз сна.
Изменение цвета и геометрической формы пространственной геометрической фигуры по заданному алгоритму позволяет изменять уровень активности воздействия на подсознательное восприятие человеком информации о текущем состоянии времени сна. Так, например, внося в устройство данные о запланированном времени пробуждения, пользователь также вносит данные относительно допустимого интервала возможного пробуждения. То есть, например, задавая время пробуждения 5 часов 30 минут и интервал пробуждения 20 минут, пользователь тем самым планирует время подъема с 5 часов 10 минут до 5 часов 30 минут.
После запуска прибора в работу проходит вычисление разности текущего времени и времени пробуждения. Время с момента запуска прибора до момента начала интервала пробуждения распределяется, например, на 12 равных отрезков времени, в течение которых площадь световой геометрической фигуры уменьшается соответственно в 12 раз. Одновременно цвет геометрической фигуры линейно изменяется по спектру от синего до желтого. При достижении интервала пробуждения, площадь световой геометрической фигуры остается постоянной, а цвет во времени линейно изменяется от желтого до красного. Одновременно возрастает яркость световой геометрической фигуры от уровня минимально комфортной яркости вплоть до достижения максимума яркости. Такая последовательность изменения характеристик цвета и геометрической формы пространственной геометрической световой фигуры позволяет обеспечить минимизацию умственной активности в те моменты, когда в процессе циклического естественного полупробуждения, происходит оценка остатка времени, оставшегося на сон. А в отрезок времени, близкий к моменту запланированного пробуждения происходит постепенная активизация умственной деятельности, что обеспечивает режим автокорреляции процесса пробуждения с природными фазами сна, наиболее благоприятными для подъема. Это позволяет значительно снизить нервное напряжение во время сна и повысить качество отдыха.
Варьирование алгоритмов изменения цвета и геометрической формы пространственной фигуры в соответствии с индивидуальными предпочтениями пользователя позволяет проводить глубокую адаптацию к индивидуальным психофизиологическим характеристи кам индивидуума. Так, например, для лиц с повышенной нервной возбудимостью распределение времени основного сна может проводиться, например, по нелинейным законам, что замедляет изменение площади и цвета пространственной световой фигуры на начальных и средних стадиях сна и ускоряет на конечных. Такое решение позволяет реализовать наиболее комфортный способ индикации времени сна для каждой отдельной личности, и, тем самым, снизить нервное напряжение во время сна, а также повысить уровень психофизической релаксации организма человека.
Выполнение светового излучателя состоящим дискретных светоизлучающих элементов с различным спектром излучения позволяет гибко изменять цвет пространственной световой фигуры в соответствии с временем сна, алгоритмом работы устройства, и индивидуальными предпочтениями пользователя. Кроме того, такое исполнение излучателя позволяет создавать пространственные геометрические фигуры в широком диапазоне форм и плавно их трансформировать в образы, ассоциативно связанные с временем сна. Например, стилизованное изображение голубого облачка ассоциируется у большинства людей с состоянием успокоения и расслабления, а оранжево-красный круг с четкими очертаниями - ассоциируется с восходящим солнцем. Ассоциативность образов позволяет значительно сократить затраты умственной деятельности пользователя на определение стадии сна, что уменьшает вероятность преждевременного пробуждения и тем самым повышает качество отдыха. Таким образом, выполнение светового излучателя, состоящего из дискретных светоизлучающих элементов позволяет достичь указанного технического результата.
Реализация блока управления с модулятором, обеспечивающим изменение яркости и цвета по сечению светового потока излучателя в зависимости от времени сна, позволяет расширить диапазон образов, которые воплощаются как пространственные геометрические фигуры. Кроме того, модулирование общего уровня яркости позволяет адаптировать световые геометрические фигуры к наиболее комфортному индивидуальному уровню яркости с учетом, например, уровня освещенности окружающей среды. Кроме того, реализация блока управления с модулятором позволяет значительно упростить техническую реализацию устройства, например, при реализации устройства в виде проекционного индикатора, могут использоваться источники света только трех основных цветов.
Размещение излучателя в подушке, наполнитель и оболочка которой выполнена из светопроводящего диффузно-рассеивающего материала, позволяет упростить восприятие информации о текущем интервале времени сна. Это достигается тем, что световая геометрическая фигура располагается в непосредственной близости к органам зрения пользователя, что не требует выполнения значительных физических движений для определения
текущего времени сна. Такое решение уменьшает также и уровень умственной активности пользователя, необходимый для анализа времени сна, а, следовательно, положительно влияет на качество отдыха. Кроме того, такое техническое решение не требует никакой предварительной настройки положения устройства при его размещении в зоне отдыха. Заявленное устройство применимо, может быть и будет легко реализовано.
На фиг.1 изображена схема устройства индикации времени сна;
На фиг.2 - тоже, с оптическим модулятором..
Устройство индикации времени сна включает программный блок отсчета времени 1, световой излучатель 2, создающий световой геометрический объект, и блок управления 3 световым излучателем 2. Программный блок отсчета времени 1 содержит, например, микроконтроллер и индикатор текущего времени 4, индикатор времени подъема 5 и индикатор интервала пробуждения 6. Для управления устройством и установки желаемого времени пробуждения и интервала пробуждения в устройстве имеются контактные группы 7.
Световой излучатель 2, используемый в заявленном устройстве, создает геометрический объект в виде пространственной фигуры с геометрическим световым контуром модулированной яркости, причем световой излучатель 2 выполнен из дискретных элементов 8, излучающих свет разного спектрального состава (свет разных цветов), и содержит в себе световой контур 9, который также может состоять из дискретных светоизлучающих элементов. Блок управления 3 содержит модулятор 10, обеспечивающий изменение яркости и цвета по сечению светового потока излучателя 2 в зависимости от времени сна. Световой излучатель 2 размещен в подушке, наполнитель и оболочка которой выполнены из светопроводящего материала.
Устройство может быть выполнено с оптическим модулятором (Фиг.2), выполненным, например, в виде матричной жидкокристаллической панели. В этом случае моделированный световой поток может быть спроецирован на светоотражающую поверхность, например, потолок или стену, с помощью зеркала 11 и объектива 12. Использование в устройстве оптического модулятора позволяет расширить его функциональные возможности.
Алгоритм работы устройства заносится в микроконтроллер при его исходном (заводском) программировании, а оптимизируется к индивидуальным предпочтениям, например, путем комбинирования состояния контактных групп 7, что является тривиальной процедурой.
Устройство работает следующим образом.
Включают устройство и устанавливают на блоке отсчета времени 1 с помощью контактных групп 7 текущее время, время подъема, и интервал пробуждения. Контролируют введенные параметры с помощью индикаторов 4, 5 и 6. Выбирают нужный алгоритм функционирования и запускают устройство в работу, например, с помощью комбинации контактных групп 7. Размещают световой излучатель 2 (или проекцию его изображение) таким образом, чтобы его можно было увидеть с места отдыха без приложения значительных физических усилий.
В процессе сна, в соответствии с программой функционирования, в начале отсчета времени сна пространственная геометрическая фигура, созданная световым излучателем 2 занимает максимальную площадь и имеет цвет успокаивающих оттенков, например, бледно-синий. Световой контур 9 с цветом, отличающимся по отношению к основному полю, модулируется по яркости с частотой 1-0.2 Гц, и, сигнализируя о работоспособности устройства, создает дополнительный успокаивающий эффект.
С течением времени, в соответствии с алгоритмом функционирования, геометрическая пространственная фигура уменьшает свою площадь за счет влияния блока управления 3 и модулятора 10 на световой поток излучателя 2.
Поскольку во время сна существуют естественные фазы контроля окружающей среды за счет обзора окружения на подсознательном уровне, такой вид пространственной фигуры воспринимается как успокаивающий и не приводит к переходу человека в фазу активности. Даже при осмысленном восприятии такой информации не возникает необходимости в активизации мыслительной деятельности, что способствует легкому переходу к дальнейшей фазе сна.
Последующее изменение площади и цвета геометрической фигуры идет в темпе, адаптированном к индивидуальному уровню тревожности, что обеспечивает максимальный комфорт пользователя во время сна.
При достижении времени, соответствующего интервалу пробуждения, площадь пространственной фигуры, например, минимизируется, а цвет переходит в желто-красную часть спектра, которая воспринимается как сигнал к активности действия. На уровне подсознательной реакции такое положение воспринимается как сигнал к пробуждению.
Очевидно, что устройство может быть дополнено традиционным сигналом будильника, или таким, который, например, воспроизводит щебетание птиц с изменением громкости сигнала в течение интервала времени пробуждения от 10 до 110 дБ.
Устройство, реализованное в подушке из светопроводящего материала, например, синтепона, работает аналогично. Учитывая высокую энергоэкономичность современных источников излучения, микроминиатюрность электронных устройств и малый уровень потребляемой мощности, такой вариант устройства может быть легко реализован даже в беспроводном исполнении.
Полезная модель позволяет повысить эффективность устройства индикации времени сна за счет минимизации умственных усилий и нервного напряжения для определения остатка времени сна, обеспечении однозначности отображаемой информации, снижении уровня тревожности во время сна, а также реализации возможности глубокой адаптации работы устройства к индивидуальными потребностями индивидуума.
1. Ковальзон В.М. Природа сна // Природа. - 1999, №8. - С.172-181;
2.  (29.11.2011);
3.  (26.11.2012);
4. Http://eclecti.cc/tag/servo (26.11.2012) - прототип.