Translinguální neurostimulátor: 10 kroků

2024 Autor: John Day | [email protected]. Naposledy změněno: 2024-01-30 08:22

Tento projekt byl zadán Markem z Nového Skotska. Po částech to stálo 471,88 USD a návrh a stavba trvala 66,5 hodiny. Dvě fotografie nahoře s plastovým boxem pocházejí z druhé (přiložené) iterace zařízení, kterou zadal kolega z Německa.

Pokud jste jako já, vaše první expozice tomuto zařízení byla ve zpravodajských článcích, které obsahovaly obrázky nevidomých, kteří jej používali k „zobrazení“obrazu s nízkým rozlišením zobrazením na mřížce elektrod na jejich jazyku. Zařízení má také aplikace v různých typech rehabilitace - variantu „BrainPort“lze použít k léčbě deficitů rovnováhy vestibulární senzorickou substitucí a údajně jen odesíláním pulzů každou elektrodou elektrotaktilního zařízení na stimulaci jazyka (v kombinaci s příslušnými cvičeními, např. rovnovážný trénink) může zlepšit některé neurologické stavy, což mi vadí. Také jsem slyšel nějaké zprávy, že zařízení PoNS (které stimuluje jazyk, ale neposílá přes něj žádné informace) je pseudověda a nedělá nic, pokud jde o zlepšení zdravotního stavu lidí. V současné době neexistuje dostatečný výzkum, který by s jistotou řekl, že zařízení PoNS je užitečné pro cokoli, a dokumenty, které tvrdí účinnost zařízení PoNS a jemu podobných, byly financovány výrobci zařízení, což je kvůli podezření podezřelé. inherentní střety zájmů. Já, quicksilv3rflash, nedělám žádné nároky na lékařskou účinnost tohoto zařízení, toto je prostě způsob, jak jej postavit, pokud chcete.

Každopádně, jak je tomu vždy u mých projektů klonů zdravotnického hardwaru, manuál pro komerční verzi, který jsem našel, uvádí absurdně vysokou cenu-více než 5 000 USD, což je vzhledem ke skutečným nákladům na díly příliš vysoké (471,88 USD od roku 2018–09) -14). Existuje mnoho různých komerčních návrhů této technologie, s různým rozlišením mřížky a maximálními výstupními specifikacemi (viděl jsem maximální výstupní napětí v rozmezí od 19v do 50v, přičemž výstup byl poté směrován přes odpor přibližně 1 kOhm a kondenzátor DC blokující 0,1uF). Toto není přesná kopie žádné komerční verze; je navržen tak, aby napodoboval několik různých komerčních návrhů, a na žádost komisaře má zcela nový režim (školení Obratnosti).

Krok 1: Výstupní režimy

Zde popsané zařízení má tři výstupní režimy:

1. Emulátor váhy BrainPort

BrainPort byl vyvinut na základě dřívějšího Tongue Display Unit (TDU). Pro trénování rovnováhy se BrainPort používá k zobrazení vzoru 2x2 na mřížce elektrody s jazykem 10x10. Vzor na mřížce elektrody jazyka působí poněkud, jako by to byl fyzický předmět pohybovaný gravitací; pokud je hlava uživatele držena vzpřímeně, zůstane ve středu mřížky. Pokud se uživatel nakloní dopředu, vzor se přesune směrem k přední části jazyka uživatele a pokud se uživatel nakloní doprava, vzor se posune směrem k pravé straně jazyka uživatele. Totéž platí pro naklonění doleva nebo dozadu (vzor se bude pohybovat od středu mřížky směrem k levé nebo zadní části jazyka uživatele).

2. Emulátor PoNS

Na rozdíl od zobrazovací jednotky BrainPort nebo Tongue výstup PoNS nenese žádné informace a nelze jej modulovat externím signálem. Abychom parafrázovali článek v předchozím odkazu, poté, co vědci zjistili, že trénink rovnováhy s BrainPort zlepšil výkon i několik měsíců poté, co bylo zařízení odstraněno z úst, měli podezření, že samotná elektrotaktilní stimulace může nějakým způsobem usnadnit neurorehabilitaci, a to i bez přenosu informací jazykový displej. První verze zařízení PoNS měla čtvercovou elektrodovou mřížku, jako zde popsané zařízení, ale stojí za zmínku, že následující verze (počínaje verzí 2 v roce 2011) zařízení PoNS nemají čtvercovou výstupní elektrodovou mřížku, která používá spíše vágně půlměsíc -měsíční tvar, který se vejde do přední části jazyka a má 144 elektrod. Pamatujte, že autor tohoto Instructable nemůže s jistotou tvrdit, že zařízení PoNS skutečně dělá něco užitečného.

3. Režim obratnosti

Režim obratnosti specificky požadovaný komisařem sleduje flexi prvního a druhého kloubu každého prstu na pravé ruce. Pokud je ruka neohnutá, na přední straně jazyka je zobrazeno deset aktivních elektrod, přičemž každá aktivní elektroda odpovídá kloubu. Jak jsou klouby ohnuty, odpovídající aktivní elektrody se pohybují zepředu do zadní části jazyka a poskytují elektrotaktilní zpětnou vazbu, která popisuje polohu ruky uživatele.

Krok 2: Seznam dílů

[Celkové náklady: 471,88 USD k 2018-09-14]

10x 47K ohm 0603

10x MUX506IDWR

15x UMK107ABJ105KAHT

110x VJ0603Y104KXAAC

120x RT0603FRE0710KL

110x MCT06030C1004FP500

5x TNPW060340K0BEEA

5x HRG3216P-1001-B-T1

5x DAC7311IDCKR

5x LM324D

10x SN7400D

10x M20-999404

3x Ploché kabely female-to-female, 40 vodičů/kabel

5x desky plošných spojů elektrod jazyka

5x Desky obvodů výstupního ovladače

2x Arduino uno

2x XL6009 Boost moduly

1x držák 6AA

1x klip na 9V baterii

1x vypínač

1x klávesnice/obrazovka VMA203

1x akcelerometr, modul ADXL335

10x senzory Flex, symbol spektra flex 2,2"

50 stop. 24 AWG drát

2x rukavice (prodává se pouze v páru)

Krok 3: Desky plošných spojů

Obvodové desky jsem objednal přes Seeed Studio FusionPCB. Soubory.zip zahrnuté v tomto kroku jsou požadované soubory Gerber. Desky ovladačů lze vyrobit s výchozím nastavením společnosti Seeed, ale mřížka jazykové elektrody vyžaduje vyšší přesnost (vůle 5/5 mil) a pozlacení (ENIG - ačkoli místo toho můžete získat tvrdé zlato, pokud chcete, aby vydržely déle, a pokud máte dalších 200 $). Také jsem vyrobil mřížku elektrody s jazýčkem vyrobenou s možností nejtenčí desky plošných spojů, 0,6 mm, což ji činí mírně pružnou.

Kvůli vysokým nákladům na flexibilní polyimidové obvody jsme se pro tento prototyp rozhodli použít tuhou desku. Ostatní, kteří čtou tyto pokyny a chtějí mít toto zařízení vyrobené na polyimidu, by měli mít na paměti, že požadovaná přesnost je 5 mil stop / vůle 5 mil, což Seeedstudio ve flex PCB neposkytne. Pravděpodobně se můžete dostat pryč tím, že jej vyrobíte v procesu 6 mil / 6 mil. Viz použití pro polyimid, ale očekávejte, že některé desky budou vadné, a prozkoumejte / otestujte každý z nich. Také řada flexibilních polyimidových desek stojí asi 320 dolarů, naposledy jsem zkontroloval.

Po obdržení desek s jazykovými elektrodami budete muset přebytečný materiál odříznout. Použil jsem klon dremel s brusným řezacím kotoučem.

Krok 4: Výstupní ovladač Arduino

Výstupní ovladač Arduino ovládá výstupní obvodové desky k pohonu elektrod na základě sériového vstupu z generátoru rámců Arduino. Všimněte si toho, že polovina výstupů je zapojena jako převrácený obraz ostatních, takže kód výstupního ovladače je trochu divné to vzít v úvahu.

Krok 5: Generátor rámců Arduino

Rámový generátor Arduino přebírá data z rukavice pro snímání polohy a akcelerometru a převádí ji na data výstupního rámce, která nakonec ovládnou zobrazení jazyka. Generátor rámců Arduino má také zapojený modul klávesnice/tlačítka VMA203 a ovládá uživatelské rozhraní zařízení. Kód ovladače v generátoru rámců Arduino je plný magických čísel (doslovných hodnot použitých bez vysvětlení v kódu) na základě výstupů jednotlivých flex senzorů - které se velmi liší - a akcelerometru.

Krok 6: Obvod multiplexoru snímače

Mám více analogových senzorů než analogových vstupů, takže jsem potřeboval použít multiplexor.

Krok 7: Obvod výstupního ovladače

Zde je připojen jako.pdf, protože jinak jej Instructables zkomprimuje natolik, že se stane nečitelným.

Krok 8: Rozložení systému

Poznámka: Zařízení BrainPort i PoNS aktivují více elektrod současně. Jak je zde zapojeno a kódováno, toto zařízení aktivuje pouze jednu elektrodu najednou. Každá deska s výstupními obvody má oddělené linky pro výběr a výstup čipu, takže tento design může být nastaven tak, aby aktivoval více elektrod najednou, jen jsem to k tomu nezapojil.

Krok 9: Příprava rukavice Flex Sensor

Kolíky snímačů flex jsou velmi křehké a snadno se odtrhnou. Odkrytý povrch snímačů ohybu je také náchylný ke zkratům. Připájel jsem dráty k flex senzorům a pak spoje plně obklíčil horkým lepidlem, abych je chránil před poškozením. Flexibilní senzory byly poté připevněny k rukavici se středem každého senzoru umístěným napříč kloubem, jehož flexe měla být měřena. Komerční verze se samozřejmě prodává za více než 10 000 $.

Krok 10: Fyzické shromáždění

Vzhledem k tomu, že sto vodičů z obvodových desek řidiče k mřížce jazykové elektrody je tak mnoho, stávají se jako agregát relativně nepružnými. Chcete -li s tímto zařízením udržovat rovnováhu, musíte mít možnost volně pohybovat hlavou a přitom udržovat mřížku jazykové elektrody na místě. na jazyku. Z těchto důvodů dávalo největší smysl namontovat desky obvodů řidiče na helmu.