Кирилл Баринов: «Я пришел в технопарк и понял, что теперь смогу осуществить свою идею»
Региональный школьный технопарк (РШТ) открылся в Астрахани в 2013 году. Этот высокотехнологичный детский научный центр с ранних лет готовит молодых ученых и инженеров к научной работе и будущим открытиям. В 2018 году на базе РШТ свою работу начал детский технопарк «Кванториум».
Один из учеников Центра одаренных детей РШТ Кирилл Баринов занимается в технопарке уже больше 4 лет, он изучает нейротехнологии, методы физических микро- и наноисследований, микроэлектронику, программирование.
Сферой интересов Кирилла стало создание электронных систем, помогающих людям с ограниченными возможностями. Так появился один из его первых проектов – система бесконтактного вызова лифта. Последние два года Кирилл работает над проектом «Разработка компактного устройства для коррекции нервных тиков методом БОС-терапии» на стыке инженерии и нейробиологии.
Свои разработки он успешно представлял на площадках регионального, всероссийского и международного уровней, среди них – Всероссийский конкурс научно-технических работ школьников старших классов «Ученые будущего», Всероссийская научно-практическая конференция им. Жореса Алферова, Пекинский международный научный конкурс.
Мы взяли у Кирилла интервью.
Как возникла идея проекта?
В детстве у меня самого были нервные тики. Это очень неприятно, мешает нормально жить, учиться, общаться. Тики лечатся по-разному: это может быть и физиотерапия, и лечебная физкультура, и медикаменты. Мне помогла современная процедура – коррекция тиков с помощью терапии на основе биологической обратной связи (БОС). Это значит, что сигналы человеческого тела управляют прибором, который, в свою очередь, управляет позитивной или негативной стимуляцией для человека.
Например, я смотрел интересный и захватывающий фильм, но он прерывался, когда возникал тик. Естественно, я хотел увидеть продолжение, поэтому постепенно, не сразу, я учился контролировать тики. Это называется БОС-тренировка, или БОС-терапия, и проводилась она в медицинском учреждении с помощью стационарного прибора. Тренировки помогли мне, и тогда я задумался: а нельзя ли сделать доступный компактный прибор, который позволит проводить такие тренировки дома?
Как в работе помогали «Кванториум» и Центр одаренных детей?
Однажды я пришел в Региональный школьный технопарк и понял, что теперь смогу осуществить свою идею: технопарк открыл мне широкие возможности в практической работе и исследованиях. Здесь я выполнял свои первые проекты в «Кванториуме» под руководством наставников, познакомился с оборудованием технопарка. Особенно отмечу микроконтроллеры и набор «Юный нейромоделист» – конструктор для регистрации и изучения биосигналов человека.
Последние, самые сложные этапы проекта, я выполнял, уже став учеником Центра одаренных детей, по разработанной специально для меня программе обучения.
Как шла работа над проектом?
Сначала я научился работать с микроконтроллерными платформами типа Arduino, программировать их и строить на их основе различные электронные устройства. Сделал несколько простых проектов на базе «Кванториума».
Затем я разобрался с набором «Юный нейромоделист», который стал для меня базой и стартом в нейротехнологии. В него входит множество датчиков биологических сигналов. Для моего проекта самым важным стал датчик биопотенциалов мышц, который называется электромиографическим, или сокращенно ЭМГ. Главное, что он делает – выдает электрический сигнал при сокращении мышцы, вблизи которой он расположен на коже. Чем сильнее сокращение, тем выше уровень сигнала. С помощью этого датчика мы и обнаруживаем тики.
Далее понадобилось создать прототип устройства на базе микроконтроллера, к которому, с одной стороны, подключен датчик ЭМГ, а с другой – компьютер, на котором работает видеоплеер. Для микроконтроллера и компьютера я написал программы на C++ и Python соответственно. Это нужно было для того, чтобы при регистрации высокого потенциала мышечного сокращения – то есть риска мышечного тика – в компьютер передавалась информация и программа останавливала проигрывание фильма. Так была создана действующая модель, с которой уже можно было проводить тесты и испытания.
Первым испытуемым стал я сам. Система работала, и это очень воодушевляло. Педагоги Центра одаренных детей помогли мне лучше разобраться в физиологии процесса коррекции нервных тиков. Оказалось, что эффективность БОС-терапии обусловлена нейропластичностью мозга: этот орган способен к самообучению и может корректировать патологические нервные связи, которые вызывают непроизвольные движения, а также создавать новые. Формируется рефлекс, который позволяет человеку контролировать свои нейрофизиологические процессы (в данном случае – нервный тик).
Работу можно считать законченной?
Нет, работа продолжается и по сей день. Я улучшал программу и устройство. Первая серьезная научно-исследовательская победа – на Всероссийском детском научном конкурсе Фонда Андрея Мельниченко в 2023 году – подтолкнула меня к созданию новых версий устройства.
Премия за первое место позволила приобрести новые ЭМГ-датчики российского производства ELEMYO с сухими многоразовыми электродами. Благодаря этому устройство стало удобнее использовать: в предыдущей версии электроды были одноразовыми, их приходилось менять каждый раз после применения.
Теперь появилась возможность создать прототип, очень близкий к конечному удобному продукту. Кроме того, я попробовал добавить еще один вид стимуляции – на этот раз негативной. Ее производит специальный раздражитель – вибромотор в мягком корпусе прибора на плече, который может заменить видеоплеер. Теперь при возникновении тика появляется вибрация на коже – таким образом замыкается биологическая обратная связь. Испытания показали, что такая процедура работает. И компьютер становится необязательным.
Какие у тебя дальнейшие планы?
Успех проекта стимулирует новые идеи. Я уже придумал и реализовал систему, которая отслеживает лицевые нервные тики с помощью веб-камеры. В этом случае достаточно только иметь ноутбук с программой и веб-камерой. Прибор становится необязательным.
Для создания программы пришлось изучить алгоритмы компьютерного зрения и машинного обучения, а также работу с системой MediaPipe, и теперь в программе возможно определять 468 лицевых точек – она выявляет движения даже малых лицевых мышц.
Такой метод делает возможным проведение БОС-терапии без сторонних устройств и датчиков, а это значительно удешевляет и упрощает внедрение процедуры в медицинских центрах, а главное – ее можно использовать в быту, так как понадобится только компьютер (в дальнейшем и смартфон) с веб-камерой. На данный момент программа способна довольно уверенно определять нервные тики, но нуждается в доработке для увеличения точности.
У меня в планах дальнейшее развитие проекта и превращение его результата в продукт, в этом меня также поддерживает технопарк: он помогает мне связываться с организациями, дающими поддержку инновационным проектам. Недавно мне исполнилось 18 лет, и теперь я могу полноценно заниматься технологическим предпринимательством.
Прямо сейчас я работаю над компьютерной игрой, которая будет управляться биосигналами мышц. Победу обеспечит лучший контроль над тиками. То есть игра, любимое занятие детей, поможет бороться с тиками.
