VI Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся
Старт в науке
Устройство для релаксации в офисе и дома
Автор работы награжден дипломом победителя II степени
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF
Введение
Проблема снятия стресса прямо на рабочем месте достаточно актуальна в наше время. Методы здесь весьма различны, от чучела шефа для битья (Япония), теннисного корта на крыше здания (Южная Корея), до комнаты релаксации (повсеместно). Последний вариант представляется нам более этичным и эффективным; поскольку человек настраивается контролировать себя, а не накапливать гнев и выбрасывать его.
Известно, что более 80 % информации человек получает с помощью зрения, поэтому зрительные эффекты наиболее важны в комнате релаксации. Существует большое число устройств, которые формируют зрительную картину. Однако механические устройства, такие как зеркальный шар, диско-шар или аналогичные вскоре надоедают из-за периодического повторения световых картин или образов. Через какое-то время вместо отдыха наступает раздражение, поэтому такие устройства годятся для дискотек, но не для комнаты релаксации.
Более сложные компьютерно-управляемые устройства, такие как экраны монитора или лазерные проекторы формируют более сложную картинку, но, к сожалению, и здесь изображение повторяются, если не прямо периодически, то по сути. Кроме, того, если механические устройства формируют физическую картинку (т.е. работает физика, знакомые и понятные нам законы реальности), то компьютерные системы создают нереальные картины, не имеющие никого отношения к действительности, что чуждо и не даёт мозгу (психике) успокоиться, расслабиться [1]. Хочется не каких-то синтетических световых образов, искусственных эффектов, а чего-то естественного, природного, живого. Тот, кто работает сутками в офисе перед компьютером, вряд ли отдохнет от ещё одной компьютерной картинки. Здесь не то что психика, даже глаза устанут. В каменно-офисных джунглях нам не хватает частички природы, например, посмотреть, как распускаются листья и цветы, как колышутся на ветру ветки деревьев и травинки, как течет ручей, горит костёр …
Поэтому визуальные эффекты в комнате релаксации должны создаваться каким-нибудь физическим эффектом, но с другой стороны не должны повторяться.
Основная часть
Краткая постановка задачи исследования
Цель: Разработка устройства для релаксации в офисе или дома.
Объект: Метод получения световых картин служащих для снятия стресса и переключения человека на спокойный эмоциональный лад.
Предмет: Устройство для одновременного получения свето-визуальной картины и ароматерапии для психической разгрузки сотрудника офиса в течение рабочего дня или дома.
Методы исследования: Самооценка изменения психологического состояния испытуемых после сеанса релаксации с предлагаемым устройством.
Задачи:
Изучить существующие устройства, формирующие картины для психологической разгрузки, проанализировать их достоинства и недостатки.
Разработать собственное устройство на основе особенностей эффекта фестонной нестабильности.
Провести испытания этого устройства на учениках и учителях физико-математической школы.
Дать рекомендации по использованию этого устройства.
Провести поиск путей внедрения предлагаемого устройства.
Метод решения задачи
Одним из подходящих эффектов для создания устройства для релаксации с указанными выше свойствами (живые, природные картины) является фестонная нестабильность капель испаряющихся жидкостей, лежащих на слое воды.
Фестонная (festoon кружево) нестабильность была обнаружена 11 лет назад в лаборатории «Жидкостные микрогравитационные технологии» Тюменского госуниверситета моим научным руководителем [2]. Это явление состоит в том, что на краю капли летучей жидкости, помещенной на слой другой, несмешивающейся с ней жидкости, растут микрокапли (фестоны), рис.1. Достигнув определенного размера, фестоны инжектируют в центр капли, переносится, таким образом, вещество капли с ее периферии в центр.
Рис. 1. Стадии развития фестонной нестабильности капли летучей жидкости на слое воды: растекание капли, формирование кольца не периферии, рост и инжекция фестонов.
Мы уже применили этот эффект в микрофлюидике для собирания микрочастиц со свободной поверхности воды [3]. Однако оказалось, что данный эффект кроме прямых технологических применений красив сам по себе. Поскольку существует взаимная связь между испарением капли, числом и скоростью фестонов, локальной интенсивностью испарения, то размеры и форма капель меняются непредсказуемым образом, рис. 2. Получается живая, естественная, динамичная картинка, завораживающая как течение воды, но даже более притягательная.
Большим преимуществом фестонной нестабильности является то, что ее легко наблюдать, т.е. удобство для ее визуализации предельно простое. Достаточно в плоский сосуд с горячей (50-65 °С) водой капнуть летучую жидкость (например, эфирное масло, запах которого уже успокаивает, скажем, масло пихты), подсветить сосуд и спроецировать изображение на стену, за которым могут наблюдать сразу много человек.
Анализ литературы и патентный поиск показал новизну и преимущества предлагаемого нами устройства.
Действительно, светомузыкальная аппаратура делится на однолучевые и многолучевые приборы, центральные и нецентральные, сканирующие и не сканирующие, автономные и управляемые и т.д. Так же позиция того или иного светового прибора в общей иерархии зависит от количества цветов, количества масок-трафаретов, количества каналов управления, мощности лампы и её конструкции. Следует разделять светомузыку на экранную (проекция световых лучей на отражающие поверхности) и дискретную (совокупность нескольких цветомузыкальных устройств, блоков, механизмов, находящихся в одном ограниченном пространстве, работающих порознь или соединенных в систему) [1]. Экранная светомузыка предназначена в основном для созерцания. Было много разных моделей и концепций по преобразованию музыкального материала в цветовую информацию на экран или другой объект. Среди них и бытовые варианты и сценические приборы. Огромный простор для фантазии и творчества, но в рамках одной плоскости. Сходства между моделями разных производителей были только в соответствии цветовой окраски частотному спектру сигнала.
В данное время, старые громоздкие проекционные модели цветомузыки вытесняются программными эффектами, которые можно наблюдать как на домашнем мониторе, так и на большом видеоэкране.
Дискретная светомузыка огромный пласт световых приборов, ориентированных на сопровождение дискотек, концертов и шоу-программ. Она подразумевает сценическую, клубную и бытовую светотехнику. Под светотехническими параметрами здесь подразумеваются цвет, интенсивность светового потока, его направление, скорость перемещения, диаграмма направленности луча, фигура маски, и т.д. Управление этими характеристиками может происходить под руководством оператора или по заданному программой алгоритму.
Более прозрачно обстоит дело с бытовой дискретной светомузыкой, ориентированной на сопровождение молодёжных вечеринок с обязательной танцевальной частью. К профессиональной технике предъявляются более высокие требования к техническим характеристикам и надёжности. Применяются дорогие компоненты и материалы. Всё это приводит к высокой себестоимости указанных устройств.
Таким образом, для доступности устройства людям в офисе и дома, оно должно быть недорогим, а значит предельно просто устроенным, что и выполняется для нашего прибора. Кроме того, порождаемые им световые эффекты оригинальны, а для их создания используется оригинальный (новый) способ на основе явления фестонной нестабильности капель эфирных масел.
Рис. 2. Смена картины фестонов на экране за 10 с.
Практические испытания предлагаемого способа
Для выполнения экспериментального исследования была изготовлены следующая установка, рис. 3. В сосуд 2 диаметром 14 см наливали кипяченую воду заданной температуры слоем толщиной 4 см, а на свободную поверхность слоя помещали каплю эфирного пихтового масла (или другого эфирного масла). Изображение капли с фестонами проецировали на экран или просто на стену с помощью устройства. В это время добровольцы наблюдали за завораживающим событием появления и исчезновения фестонов (Прил. 4-5).
Рис.3. Внешний вид устройства для релаксации: (1) промышленный проектор типа «Оverhead» для «прозрачек», (2) чашка Петри со слоем воды и каплями летучей жидкости, (3) плоское зеркало, (4) объектив.
Как и ожидалось, после релаксации у испытуемых наблюдался заряд бодрости, хорошее настроение, жизнерадостность. Ухудшение настроения не у кого не было отмечено (Прил. 3, рис. 4).
в начале испытания …
и в конце …
Рис.3. Во время испытания устройства для релаксации в классе ФМШ.
Таким образом, экспериментально была доказана работоспособность данного устройства, как в плане его практической осуществимости, так и в плане хорошего воздействия на испытуемых.
Мы также получили консультации врача терапевта и психолога школы, которые положительно отнеслись к нашей идее.
Востребованность устройства и его высокий коммерческий потенциал подтверждается предложениями о сотрудничестве с организациями и предприятиями, которые мы уже начали получать (Приложение 4).
Заключение:
Мы предложили и экспериментально осуществили новое устройство для релаксации, работающее на свето-ароматическом принципе, которое не имеет аналогов.
Устройство было испытано на добровольцах и вызвало у всех позитивный эффект.
Данное устройство будет использовано как действующий экспонат «Экспериминтариума» нашей физико-математической школы (ФМШ).
Кроме того, устройство будет служить как точка релаксации (Приложения 2 и 3) и прибор для лабораторно-исследовательских работ в области нейро-наук по биохимическому профилю ФМШ.
Готовится заявка на изобретение «Устройство для релаксации, использующее фестонную нестабильность капель летучих жидкостей» и одноименная статья в журнал «Научный обозреватель» (РИНЦ).
В настоящее время идут переговоры по внедрению нашего устройства на одном из предприятий Тюменской области (Приложение 4).
Приложение 1
Общий вид комнаты релаксации с нашим устройством.
Дарья Учанова возле световой картины, порождаемой ее устройством.
Приложение 2
Демонстрация устройства в стенах физико-математической школы Тюменской области гостям из Иннополиса.
Приложение 3
Испытания устройства в кинозале физико-математической школы
Демонстрация устройства в Тюменском индустриальном институте
Приложение 4
Ксения Тарасова проводит подбор эфирных масел, подходящих для работы устройства,
а Дарья Учанова изучает на большом экране получающиеся от разных масел
фестонные картины на предмет эстетичности.
Приложение 5
На уроке технологии ученики физико-математической школы экспериментально изучают принципы работы устройства Дарьи Учановой и Ксении Тарасовой.
Приложение 6
Заключение врача ГАОУ ТО «ФМШ»
Приложение 7
Список литературы:
1. Свето-музыкальные инструменты / Б.М. Галеев, С.М. Зорин, Р.Ф. Сайфуллин // М:, «Радио и связь», 1987, 128 с: ил. (Массовая радио-библиотека, Вып. 1117).
2. Тарасов О. А. Фестонная нестабильность капли летучей нерастворимой жидкости на поверхности другой жидкости при испарении условий охлаждения / Тарасов А. О., Горбачева Н. А. // Письма в ЖТФ, 33, 157-159 (2007).
3. Тарасов О. А. Объединение микрочастиц в кластер в испаряющейся капле на слое воды при ее фестонной нестабильности / Тарасов А. О., Учанова Д. Д. // Научная перспектива, № 4, 2016.