System of periodic body temperature monitoring under pandemic conditions based on a medical mask holder for educational organization employees/Система периодического мониторинга температуры тела сотрудников образовательной организации на основе держателя

Актуальность

По данным Роспотребнадзора, ношение медицинской маски снижает риск заражения респираторными инфекциями в 1,8 раза, ношение перчаток — в 1,3 раза. Это особенно актуально для профессий из группы риска, подразумевающих работу лицом к лицу с большим количеством людей: врачи, учителя, работники торговли и транспорта, организаторы мероприятий.

Но мы не всегда чувствуем, что заболеваем. Особенно в разгар рабочего дня, когда человек сфокусирован на выполняемой работе (например, врач, принимающий пациентов, или учитель, ведущий урок). Одним из симптомов заболевания является повышение температуры тела. Если проводить её мониторинг не только перед началом рабочего дня, а в течение всего дня, например, с интервалом 1 раз в 5 минут, то возможности оперативной реакции на заболевание значительно возрастают.

В ответ на представленные вызовы авторы предлагают систему, совмещающую в себе держатель медицинской маски с датчиком температуры тела, осуществляющий периодический мониторинг температуры, приложение на смартфоне для обработки поступающих с держателя данных и облачную аналитическую панель образовательной организации, агрегирующую данные со всех держателей через мобильные приложения, с помощью которой администрация может в оперативном режиме реагировать на ухудшение самочувствия сотрудников.

Цель

Создать систему периодического мониторинга температуры тела сотрудников образовательной организации на основе держателя медицинской маски.

Задачи

1. Разработать устройство, осуществляющее мониторинг температуры тела и передачу показателей в приложение на смартфоне.
2. Разработать мобильное приложение для получения данных с устройства и передачи их на сервер для хранения и дальнейшей обработки.
3. Разработать аналитический дашборд для визуализации данных по термометрии сотрудников образовательной организации.

Оснащение и оборудование, использованное при создании работы

• 3D-принтер PrintBox3d 270 и пластик PLA
• Оборудование и инструменты инженерного класса (для сборки модели): Arduino Nano V3, Bluetooth HC-05, Sensor DS18B20, Charger TP4056
• Персональный компьютер с установленным программным обеспечением (КОМПАС-3D, Arduino IDE, Android Studio, Yandex DataLens, Yandex Compute Cloud)
• Преобразователь USB – UART на CP2102

Описание

Авторы во время работы над проектом одновременно решали несколько взаимодополняющих задач.

1. Габариты и вес устройства не должны быть чрезмерно большими.

2. Устройство должно напрягать область за ухом от длительного натяжения ленты.

3. Устройство должно обеспечивать бесперебойное измерение температуры в течение суток и передачу данных на смартфон.

Теоретическая основа проекта состояла из физики, схемотехники, инженерной графики, 3D-моделирования и программирования. В соответствии с выявленными недостатками была разработана концепция устройства, электрической схемы и чертежей. В результате обсуждений была выбрана трёхблочная компоновка держателя: два блока для аккумуляторов и один блок для сенсора, контроллера и модуля Bluetooth.

После печати макета пришло время собрать компоненты. Крышки блоков прототипа авторы решили оставить прозрачными и легко открывающимися для быстрого доступа к электронным компонентам. На этом этапе очень пригодились навыки пайки, прокладки проводов и склеивания клеем-карандашом для фиксации электронных компонентов внутри блоков.

На следующем этапе авторы под руководством инженеров технопарка «Инжинириум» для получения данных о температуре на смартфон и передачи их далее на аналитический приборный щит разработали мобильное приложение «Контроль термометра».

Приложение состоит из трёх разных экранов, каждый из которых отвечает за определённое действие: экран 1 – управление устройствами Bluetooth; экран 2 – мониторинг температуры тела, экран 3 – получение настроек сервера.

Далее авторы подготовили облачное хранилище для аналитических данных образовательной организации, куда должны поступать сведения с мобильных устройств сотрудников и учащихся образовательной организации. Данные из мобильного приложения передаются на панель облачной аналитики образовательной организации, с помощью которой администрация школы может оперативно реагировать на ухудшение состояния сотрудников.

Аналитическая панель (dashboard) разработана на базе облачных технологий Яндекса: Yandex DataLens, Yandex Compute Cloud. Приборная панель состоит из 4 графиков, привязанных к конкретному экземпляру устройства контроля температуры:

• график температуры с границами доверительного интервала;

• график отклонений от нормальных значений температуры;

• график активности использования устройства;

• график с периодичностью измерения температуры.

Разработка концепции устройства, электрической схемы, макетов и чертежей, отладка и сборка, создание мобильного приложения и облачной аналитической панели проводились на базе инженерного класса ГБОУ «Школы № 167 имени Маршала Л.А. Говорова» с применением инженерного и компьютерного оборудования и при экспертной поддержке технопарка «Инжинириум» при МГТУ им. Н.Э. Баумана.

Результаты работы/выводы

Цели, поставленные в работе, были достигнуты. Удалось создать 3-компонентную систему периодической термометрии, которая способствует повышению эпидемической защищённости образовательной организации, её сотрудников и обучающихся.

Компоненты системы:

1)      держатель маски с датчиком температуры тела;

2)      мобильное приложение «Thermometer Control»;

3)      облачная аналитическая панель.

Кибернетическая составляющая проекта предоставляет поле для научных исследований по управлению организацией на основе системы показателей здоровья сотрудников.

По рекомендации экспертов технопарка «Инжинириум» и научных сотрудников кафедры информатики в Роспатент была подана патентная заявка на промышленный образец № 2021506491 от 25.12.2021, также работа заинтересовала образовательного партнёра школы – кафедру информатики РЭУ им. Г.В. Плеханова, с которым реализуются программы по работе с выпускниками школы.

Перспективы использования результатов работы

Для дальнейшего развития системы мы выделяем следующие направления.

1. Улучшение самого держателя маски

а) замена хрупкого PLA-пластика на FLEX-пластик;

б) добавление g-сенсора для распознавания чихания и кашля, т.к. учащённый кашель и/или чихание могут помочь более точно идентифицировать инфицированного человека;

в) разработка унифицированных макетов с держателями разных размеров (22 (L), 20 (M) и 18 (S) см).

2. Развитие кибернетического потенциала разрабатываемой системы. Использование для анализа статистических данных, полученных с системы телеметрии, технологии обработки, аналогичной «Big data».

Сотрудничество с вузом/учреждением при создании работы

МГТУ им. Н.Э. Баумана

Мнение автора

«По результатам работы в Роспатент подана заявка на промышленный образец. Мы как команда выросли и узнали много нового, а также получили ценный практический опыт.

Без поддержки нашего научного руководителя и образовательных партнёров школы реализация проекта была бы затруднительной»