Кейс

Урок:

Миореслинг с использованием датчиков ЭМГ и светодиодной индикации

Медицинский робот: использование
в протезировании и реабилитации

Урок «Медицинский робот: использование
в протезировании и реабилитации» предлагает школьникам небольшое погружение в мир биоинженерии.

Ребята узнают, кто такой разработчик медицинских роботов и как электрические сигналы, генерируемые нашими мышцами, могут быть использованы для управления электронными устройствами.

Урок поможет понять, как инженеры разрабатывают современные экзоскелеты
и нейроинтерфейсы, используемые при протезировании и реабилитации, какие при этом используются технологии, и даст представление
о том, как технологии могут помогать людям
в повседневной жизни.

Целевая аудитория — учащиеся 13-16 лет, увлеченные физикой, биологией и информационными технологиями, стремящиеся узнать больше о том, как инженерия может улучшить качество жизни людей.

Этот урок будет интересен тем, кто хочет разобраться в принципах работы человеческого организма и современных медицинских роботов. Учащимся предоставляется возможность применить знания в сфере биотехнологий
и робототехники на практике в игровой форме.

Профессия

Проектировщик медицинских роботов

Игра

Биология

Педагогическая технология

Дисциплина

Необходимое материально-техническое обеспечение

Учебно-информационные ресурсы

Компьютер, проектор, экран или
интерактивная доска.

Настольная игра МЕМО,
состоящая из набора карточек
с изображениями, в том числе
с повторяющимися, и 2 небольших
мячика интерактивная доска.

Лонгрид: “Миорестлинг с использованием датчиков ЭМГ и светодиодной индикации”

План урока

Введение (1 мин.):

Игра (13 мин.):

Кейс Миореслинг (3 мин.):

Игра с использованием кейса.
Правила игры (3 мин.):

Медицинские роботы в протезировании
и реабилитации (3 мин.):

Результаты игры и связь с темой урока, рефлексия, завершение урока (2 мин.):

Что будет на уроке, чем будем заниматься.
О кейсе коротко, связь с предметами.

Что такое медицинские роботы и как они могут помочь в медицине?

Обсудить навыки и знания, которые необходимы для этой профессии (биология, инженерия, программирование).
Медицинские роботы в протезировании
и реабилитации. Что такое миореслинг, связь
с медицинскими роботами. Использование миореслинга в протезировании
и реабилитации.

Рассказ на основе презентации «Проектирование медицинских роботов: профессия будущего»

Настольная игра «МЕМО». Образуется 2 команды.
К одному участнику из каждой команды подключаются датчики ЭМГ (электромиограммы мышечных сокращений).

Игроки по очереди переворачивают по две или более карточки таким образом, чтобы все могли видеть изображенные на них картинки.
Если картинки на карточках одинаковые, то игрок забирает их себе. Побеждает тот игрок, у которого в конце игры получилось найти больше всего пар.

Игроки будут переворачивать карточки настольной игры «МЕМО» в зависимости от результатов «борьбы» в миореслинге. Двум игрокам подключаются датчики электромиограммы (ЭМГ) к мышце через электроды. Игроки одновременно сжимают в руке два одинаковых резиновых мячика. Сигналы датчиков поступают на Arduino, где сравниваются уровни мышечного напряжения и определяется победитель. Чтобы правильно интерпретировать данные с датчиков ЭМГ, нужно иметь представление о строении мышц, нервов и процессе генерации биоэлектрических потенциалов (анатомия и физиология).

Ребята на протяжении игры приходят к пониманию того, как мозг посылает сигналы мышцам и как эти сигналы регистрируются датчиками (нейрофизиология).
Таким образом, решение данного кейса требует комплексного подхода, включающего знания из различных областей науки и техники.

Результат отображается с помощью трех светодиодов:
- зеленый светодиод - победа первого игрока (первый игрок получает возможность перевернуть для просмотра сразу 5 карточек);
- желтый светодиод - победа второго игрока (второй игрок получает возможность перевернуть для просмотра сразу 5 карточек);
- красный светодиод – ничья (каждый игрок переворачивает по 2 карточки).

Данный урок демонстрирует метод функциональной диагностики «электромиография» и его применение в биологической науке. Ученики, проверив на себе работу датчиков, приходят к пониманию работы и строения мышц, а также о том, насколько взаимосвязана работа мозга и всей мышечной системы. На основе метода электромиографии могут быть созданы различные системы исследования мышечных сокращений, тренажеры с биологической обратной связью, позволяющие тренировать способность управлять мышечным напряжением и расслаблением.
Это применимо в различных сферах: медицина, спорт.

Рефлексия:
1. Как вы оцениваете влияние использования датчиков ЭМГ на безопасность и эффективность миореслинга?

2. Какие преимущества и недостатки вы видите в использовании светодиодной индикации для визуализации данных ЭМГ в процессе миореслинга?

3. Как вы можете использовать данные, полученные от датчиков ЭМГ, для улучшения взаимодействия между участниками в миореслинге?

4. Какие конкретные примеры применения этих данных можно привести в тренировочном процессе?