Разработка механизма отслеживания отклонений позвоночника в повседневной жизни с помощью конструктора Lego Education

XXIV Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся
Старт в науке

Личный портфель

Разработка механизма отслеживания отклонений позвоночника в повседневной жизни с помощью конструктора Lego Education

Волокитин И.Г. 1Чекураев А.В. 1
1Школа интерактивного развития "ТриКита"
Долгов Евгений Алексеевич 1Волокитина Екатерина Андреевна 1
1Школа интерактивного развития "ТриКита"
Автор работы награжден дипломом победителя I степени
Диплом школьникаСвидетельство руководителяСвидетельство руководителя
Текст работы размещён без изображений и формул.
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF

Введение

Современный образ жизни оказывает значительное влияние на здоровье человека. Малоподвижность, длительное пребывание в неправильной позе, чрезмерные нагрузки и отсутствие регулярной физической активности приводят к различным заболеваниям опорно-двигательного аппарата. Одной из самых распространённых проблем является искривление позвоночника, которое может привести к хроническим болям, нарушению осанки и даже к серьёзным патологиям внутренних органов.

Актуальность работы

По данным Всемирной организации здравоохранения, около 80% взрослого населения хотя бы раз в жизни испытывали боли в спине, а среди школьников более 60% имеют нарушения осанки. Проблемы с позвоночником возникают не только у пожилых людей, но и у детей, подростков и молодых специалистов, проводящих много времени за компьютером или в неправильной позе. Особенно актуальна эта проблема в связи с развитием дистанционного обучения и удалённой работы, которые увеличивают нагрузку на позвоночник.

Сколиоз – одно из наиболее часто встречающихся отклонений позвоночника, которое развивается у детей и взрослых из-за неправильного положения тела, слабости мышечного корсета или генетической предрасположенности. Основные методы лечения включают лечебную физкультуру, ношение корсетов, физиотерапиюи в тяжёлых случаях хирургическое вмешательство. Однако ранняя диагностика и контроль осанки могут значительно снизить вероятность развития искривления позвоночника.

Цель данной работы – разработать механизм, который позволит отслеживать отклонения позвоночника в повседневной жизни с использованием LEGOWeDo 2.0 и Scratch, а также анализировать полученные данные для своевременного предупреждения проблем с осанкой.

Задачи работы:

  1. Исследовать сколиоз, его причины, стадии и последствия.

  2. Рассмотреть влияние образа жизни на развитие искривлений позвоночника.

  3. Разработать механизм отслеживания отклонений позвоночника.

  4. Обосновать выбор LEGO WeDo 2.0 и Scratch для реализации проекта.

  5. Провести тестирование разработанной модели и оценить её эффективность.

Глава 1. Сколиоз: причины, стадии, профилактика и лечение

1.1 Причины и развитие сколиоза

Сколиоз – это боковое искривление позвоночника, которое может развиваться по разным причинам. Данная проблема формируется постепенно и, если не уделять ей должного внимания, может привести к серьёзным нарушениям осанки и функционирования внутренних органов. Основные факторы, способствующие развитию сколиоза:

  • Неправильная осанка – долгое сидение с наклоном вперёд, привычка сутулиться.

  • Слабость мышечного корсета – недостаточное развитие мышц спины и брюшного пресса.

  • Длительное сидение в неправильной позе – работа за компьютером, использование гаджетов.

  • Неравномерные нагрузки – ношение рюкзака на одном плече, поднятие тяжестей.

  • Врожденные аномалии позвоночника – нарушения развития костной системы.

  • Гормональные изменения – особенно в период подросткового роста, когда мышцы не успевают за изменениями скелета.

1.2 Виды нагрузок, влияющих на развитие сколиоза

На позвоночник ежедневно воздействуют различные виды нагрузок, которые могут как способствовать укреплению осанки, так и провоцировать её искривление. Рассмотрим основные типы нагрузок:

  • Статические нагрузки – длительное удержание одного положения (например, работа за столом), что приводит к неравномерному напряжению мышц спины.

  • Динамические нагрузки – резкие или чрезмерные движения без подготовки (например, поднятие тяжестей без разминки), увеличивающие риск повреждений позвоночника.

  • Ассиметричные нагрузки – занятия видами спорта, развивающими только одну сторону тела (теннис, фехтование), а также привычка носить тяжести на одном плече.

  • Недостаточная физическая активность – отсутствие регулярных тренировок приводит к ослаблению мышечного каркаса и неспособности поддерживать позвоночник в правильном положении.

1.3 Степени сколиоза

В зависимости от угла искривления позвоночника выделяют несколько степеней сколиоза. Чем выше степень, тем сложнее корректировать осанку без медицинского вмешательства:

  • I степень (5-10°) – небольшое искривление, практически незаметное визуально.

  • II степень (10-25°) – усиливающееся искривление, появляется асимметрия плеч.

  • III степень (25-50°) – сильное искривление, заметное даже в одежде, возникают боли.

  • IV степень (более 50°) – серьёзное искривление, нарушающее работу внутренних органов.

1.4 Влияние образа жизни на развитие искривления позвоночника

Современный образ жизни способствует развитию нарушений осанки. Большинство людей, особенно дети и подростки, проводят много времени в сидячем положении, что негативно отражается на их позвоночнике. Основные факторы риска:

  • Многочасовая работа за компьютером без перерывов – приводит к напряжению мышц шеи и спины.

  • Отсутствие физической активности и укрепляющих упражнений – ослабленный мышечный каркас не поддерживает позвоночник.

  • Неправильный выбор мебели – неэргономичные стулья, столы неправильной высоты увеличивают нагрузку на позвоночник.

  • Использование гаджетов в неправильном положении – наклон головы вниз создаёт дополнительное давление на шейный отдел позвоночника.

  • Недостаток витаминов и минералов – нехватка кальция и витамина D ослабляет кости и способствует деформации позвоночника.

1.5 Методы профилактики и лечения сколиоза

Профилактика и лечение сколиоза включают комплексный подход, направленный на поддержание здоровья позвоночника и коррекцию осанки. Основные методы:

  • Лечебная гимнастика – комплекс упражнений для укрепления мышц спины и пресса.

  • Ношение ортопедических корсетов – фиксация позвоночника в правильном положении.

  • Физиотерапия – массаж, электростимуляция мышц, водные процедуры.

  • Хирургическое лечение – применяется только при тяжёлых формах искривления.

  • Правильная организация рабочего места – стул с поддержкой поясницы, стол правильной высоты, регулировка положения монитора.

  • Развитие симметричной физической активности – плавание, йога, лечебная гимнастика, которые равномерно нагружают все мышцы тела.

Глава 2. Разработка механизма отслеживания отклонений позвоночника

2.1 Основные принципы работы механизма

Разрабатываемый механизм предназначен для мониторинга осанки в реальном времени. Он состоит из датчика наклона LEGO WeDo 2.0, который фиксирует угол наклона спины, и программного кода в Scratch, который обрабатывает данные и подаёт сигнал при отклонении от нормы.

2.2 Используемые компоненты

Для создания механизма используются следующие компоненты:

  • Датчик наклона – определяет положение тела и передаёт данные в программу.

  • Мотор – может использоваться для вибрационного оповещения пользователя.

  • Scratch – программная среда для обработки данных и визуализации информации.

  • Беспроводное подключение – позволяет передавать данные в реальном времени.

2.3 Обоснование выбора LEGO WeDo 2.0 и Scratch

LEGO WeDo 2.0 – это удобный инструмент для создания интерактивных систем мониторинга, так как он обладает:

  • Простотой сборки и гибкостью в разработке конструкций.

  • Датчиком наклона, который идеально подходит для отслеживания положения спины.

  • Возможностью программирования в Scratch, что делает процесс обработки данных удобным и понятным.

Процесс разработки программы:

Рисунок 1. Отклонение позвоночника влево.

Рисунок 2. Отклонение позвоночника вправо.

Рисунок 3. Отклонение позвоночника при наклоне вперед.

2.4 Алгоритм работы механизма

  1. Регистрация исходного положения – правильная осанка записывается в память устройства.

  2. Отслеживание изменений – датчик наклона фиксирует отклонения от нормы.

  3. Анализ данных – в Scratch задаются предельные значения отклонения.

  4. Оповещение пользователя – если угол наклона превышает допустимые значения, подаётся сигнал.

2.5 Тестирование и анализ работы механизма

  • Проверка работы датчика наклона на разных типах движений.

  • Определение точности выявления неправильного положения тела.

  • Анализ удобства использования механизма в повседневной жизни.

2.6 Оценка стоимости разработки проекта

Механизм отслеживая отклонений позвоночника состоит в основном из набора lego wedo 2.0? стоимость которого оценивается в 5000р (аналог доступный в Российской федерации после ухода официального Lego). Все остальные элементы находятся в открытом доступе на официальных платформах.

Заключение

В ходе работы был разработан механизм для отслеживания отклонений позвоночника с использованием LEGO WeDo 2.0 и Scratch. Проведённый анализ показал, что применение данной технологии позволяет эффективно фиксировать неправильное положение тела и сигнализировать о необходимости его коррекции.

Основные выводы:

  • Сколиоз – одно из наиболее распространённых заболеваний позвоночника, возникающее из-за неправильного образа жизни.

  • Профилактика включает правильную организацию рабочего места, лечебную гимнастику и контроль осанки.

  • Разработанный механизм на основе LEGO WeDo 2.0 способен отслеживать осанку в режиме реального времени и подавать сигналы при нарушениях.

  • Программирование в Scratch позволило создать удобный интерфейс для анализа данных.

Полезность проекта: Разработанный механизм может использоваться в школах, реабилитационных центрах и домашних условиях для контроля осанки детей и взрослых. Он поможет:

  • Формировать у пользователей привычку следить за осанкой.

  • Своевременно выявлять отклонения и принимать меры для их коррекции.

  • Минимизировать риск развития хронических проблем с позвоночником.

  • Снизить потребность в дорогостоящем лечении, обеспечивая профилактику нарушений осанки.

Таким образом, разработанный механизм может стать полезным инструментом для профилактики и коррекции нарушений осанки у детей и взрослых, помогая снизить риск развития сколиоза и других проблем с позвоночником.

Список использованных источников и литературы:

  1. Ботаника для садоводов. Д. Ходж, 2019

  2. Умный огород в деталях. Н. И. Курдюмов, 2011

  3. Десять этапов проектирования малого сада. А. Сапелин, 2013

  4. Белая книга садовода для детей. П. Каролина, 2024

  5. Большая книга идей Lego. Машины и механизмы. Й. Исогава, 2021

Электронные источники:

  1. https://education.lego.com/en-us/;

  2. https://good-tips.pro/index.php/house-and-garden/orchard-and-garden/vegetables/plant-growth

Приложение 1

Инструкция сборки

   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
Просмотров работы: 3