Translingválny neurostimulátor: 10 krokov

2024 Autor: John Day | [email protected]. Naposledy zmenené: 2024-01-30 11:59

Tento projekt bol poverený Markom z Nového Škótska. Diely stáli 471,88 dolára USD a jeho návrh a výstavba trvala 66,5 hodiny. Dve vyššie uvedené fotografie s plastovým boxom pochádzajú z druhej (priloženej) iterácie zariadenia, ktorú objednal kolega z Nemecka.

Ak ste ako ja, vaša prvá expozícia tomuto zariadeniu bola v novinových článkoch, ktoré obsahovali obrázky nevidomých ľudí, ktorí ho pomocou „videnia“obrazu s nízkym rozlíšením zobrazili na elektródovej mriežke na jazyku. Zariadenie má tiež aplikácie v rôznych typoch rehabilitácií - variant „BrainPort“je možné použiť na liečbu deficitov rovnováhy pomocou vestibulárnej senzorickej substitúcie a údajne iba odosielanie impulzov každou elektródou elektrotaktilného zariadenia na stimuláciu jazyka (kombinované s príslušnými cvičeniami, napr. rovnovážny tréning) môže zlepšiť niektoré neurologické stavy, čo mi robí záhadu. Tiež som počul niektoré správy o tom, že zariadenie PoNS (ktoré stimuluje jazyk, ale prostredníctvom neho neposiela žiadne informácie) je pseudoveda a nerobí nič, pokiaľ ide o zlepšenie zdravotného stavu ľudí. V súčasnej dobe neexistuje dostatočný výskum, ktorý by s určitosťou tvrdil, že zariadenie PoNS je nápomocné vo všetkom, a dokumenty, ktoré tvrdia, že je účinné zariadenie PoNS a iné podobné zariadenia, boli financované výrobcami zariadení, čo je všetky druhy podozrivých v dôsledku inherentné konflikty záujmov. Ja, quicksilv3rflash, nerobím žiadne nároky na lekársku účinnosť tohto zariadenia, toto je spôsob, akým ho môžete postaviť, ak chcete.

Každopádne, ako vždy pre moje projekty klonov lekárskeho hardvéru, manuál pre komerčnú verziu, ktorý som našiel, uvádza absurdne vysokú cenu-viac ako 5 000 USD, čo je vzhľadom na skutočné náklady na diely (471,88 USD v období 2018-09) príliš vysoké. -14). Existuje mnoho rôznych komerčných prevedení tejto technológie, s rôznym rozlíšením mriežky a maximálnymi špecifikáciami výstupu (videl som maximá výstupného napätia v rozmedzí od 19v do 50v, výstup bol potom vedený cez odpor zhruba 1 kOhm a 0,1uF DC blokujúci kondenzátor). Toto nie je presná kópia ani jednej komerčnej verzie; je navrhnutý tak, aby napodobňoval niekoľko rôznych komerčných prevedení, a na žiadosť komisára má úplne nový režim (školenie obratnosti).

Krok 1: Výstupné režimy

Tu opísané zariadenie má tri režimy výstupu:

1. Emulátor rovnováhy BrainPort

BrainPort bol vyvinutý na základe predchádzajúcej jednotky Tongue Display Unit (TDU). Na nácvik rovnováhy slúži BrainPort na zobrazenie vzoru 2x2 na mriežke elektródy s jazykom 10x10. Vzorec na mriežke jazykovej elektródy pôsobí tak trochu, ako keby to bol fyzický predmet pohybovaný gravitáciou; zostane v strede mriežky, ak hlavu používateľa zdvihnete rovno. Ak sa používateľ nakloní dopredu, vzor sa pohybuje smerom k prednej časti jazyka používateľa a ak sa používateľ nakloní doprava, vzor sa posunie smerom k pravej strane jazyka používateľa. To isté platí pre naklonenie doľava alebo dozadu (vzor sa bude pohybovať od stredu mriežky k ľavej alebo zadnej časti jazyka používateľa).

2. Emulátor PoNS

Na rozdiel od zobrazovacej jednotky BrainPort alebo jazyka jazyk, výstup PoNS nenesie žiadne informácie a nemôže byť modulovaný externým signálom. Aby som parafrázoval článok v predchádzajúcom odkaze, potom, čo vedci zistili, že rovnovážny tréning s BrainPortom zlepšoval výkon aj niekoľko mesiacov po vybratí zariadenia z úst, mali podozrenie, že samotná elektrotaktilná stimulácia môže nejakým spôsobom uľahčiť neurorehabilitáciu, a to aj bez toho, aby sa do nej dostávali informácie. jazykový displej. Prvá verzia zariadenia PoNS mala štvorcovú elektródovú mriežku, ako je tu popísané zariadenie, ale stojí za zmienku, že nasledujúce verzie (počnúc verziou 2 v roku 2011) zariadenia PoNS nemajú štvorcovú výstupnú elektródovú mriežku, ktorá používa skôr vágny polmesiac. -mesačný, ktorý zapadá do prednej časti jazyka a má 144 elektród. Upozorňujeme, že autor tohto Instructable nemôže s istotou tvrdiť, že zariadenie PoNS skutočne robí niečo užitočné.

3. Režim obratnosti

Režim obratnosti, špecificky požadovaný komisárom, sleduje ohyb prvého a druhého kĺbu každého prsta na pravej ruke. Ak je ruka neohnutá, na prednej strane jazyka je zobrazených desať aktívnych elektród. Každá aktívna elektróda zodpovedá kĺbu. Keď sú kĺby ohnuté, zodpovedajúce aktívne elektródy sa pohybujú od prednej časti k zadnej časti jazyka a poskytujú elektrotaktilnú spätnú väzbu, ktorá popisuje polohu ruky používateľa.

Krok 2: Zoznam dielov

[Celkové náklady: 471,88 USD k dátumu 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 káble, zásuvka-zásuvka, 40 vodičov/kábel

5 x dosky plošných spojov elektródy jazyka

5x dosky plošných spojov výstupného ovládača

2x Arduino uno

2x zosilňovacie moduly XL6009

1x držiak 6AA

1x klip na 9V batériu

1x vypínač

1x klávesnica/obrazovka VMA203

1x akcelerometer, modul ADXL335

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

50 stôp Drôt 24 AWG

2x rukavice (predávajú sa iba v pároch)

Krok 3: obvodové dosky

Obvodové dosky som objednal prostredníctvom programu Seeed Studio FusionPCB. Súbory.zip zahrnuté v tomto kroku sú požadované súbory Gerber. Dosky ovládačov je možné vyrobiť s predvoleným nastavením Seeed, ale mriežka jazykovej elektródy vyžaduje vyššiu presnosť (vzdialenosť 5/5 mil) a pozlátenie (ENIG - aj keď by ste namiesto toho mohli získať tvrdé zlato, ak chcete, aby vydržali dlhšie a ak máte ďalších 200 dolárov). Tiež som dostal mriežku jazykovej elektródy vyrobenú s možnosťou najtenšej dosky plošných spojov, 0,6 mm, čo ju robí mierne flexibilnou.

Vzhľadom na vysoké náklady na flexibilné polyimidové dosky plošných spojov sme sa pre tento prototyp rozhodli použiť pevnú dosku. Ostatní, ktorí čítajú tieto pokyny a chcú mať toto zariadenie vyrobené z polyimidu, by mali mať na pamäti, že požadovaná presnosť je 5 mil. Stôp / 5 mil. Klírens, ktorú Seeedstudio neposkytuje vo flexibilnom PCB. Môžete sa pravdepodobne dostať preč z toho, že ste ho vyrobili v procese 6 mil. Tiež sériu flexibilných polyimidových dosiek stojí asi 320 dolárov, naposledy som to skontroloval.

Po obdržaní dosiek s jazykovými elektródami budete musieť prebytočný materiál odrezať. Použil som klon dremel s brúsnym rezacím kotúčom.

Krok 4: Výstupný ovládač Arduino

Výstupný ovládač Arduino ovláda dosky výstupných obvodov na pohon elektród na základe sériového vstupu z generátora rámcov Arduino. Všimnite si toho, že polovica výstupov je zapojená ako invertovaný obraz ostatných, takže kód výstupného ovládača je trochu zvláštny, keď to berieme do úvahy.

Krok 5: Generátor rámcov Arduino

Rámový generátor Arduino získava údaje z rukavice na snímanie polohy a akcelerometra a prevádza ich na údaje výstupného rámca, ktoré budú v konečnom dôsledku ovládať zobrazenie jazyka. Rámový generátor Arduino má tiež zapojený modul klávesnice/tlačidiel VMA203 a ovláda používateľské rozhranie zariadenia. Kód ovládača v generátore rámcov Arduino je plný kúzelných čísel (doslovné hodnoty používané bez vysvetlenia v kóde) na základe výstupov jednotlivých flexibilných senzorov - ktoré sa veľmi líšia - a akcelerometra.

Krok 6: Obvod multiplexora snímača

Mám viac analógových senzorov ako analógových vstupov, takže som musel použiť multiplexor.

Krok 7: Obvod výstupného ovládača

Tu je priložený ako.pdf, pretože inak ho Instructables skomprimuje natoľko, že sa stane nečitateľným.

Krok 8: Rozloženie systému

Poznámka: Zariadenia BrainPort aj PoNS aktivujú viacero elektród súčasne. Ako je tu zapojené a kódované, toto zariadenie aktivuje naraz iba jednu elektródu. Každá doska výstupných obvodov má oddelené linky na výber čipu a výstup, takže tento dizajn môže byť nastavený tak, aby aktivoval viac elektród naraz, len som na to nepripojil.

Krok 9: Príprava rukavice so senzorom Flex

Kolíky ohybných senzorov sú veľmi krehké a dajú sa ľahko odtrhnúť. Odkrytý povrch snímačov ohybu je tiež náchylný na skraty. Spájkoval som drôty k flexibilným senzorom a potom spoje úplne obklopil horúcim lepidlom, aby som ich chránil pred poškodením. Ohybové senzory boli potom pripevnené k rukavici so stredom každého senzora umiestneným cez koleno, ktorého ohyb sa mal merať. Komerčná verzia tohto softvéru sa, prirodzene, predáva za viac ako 10 000 dolárov.

Krok 10: Fyzické zhromaždenie

Pretože sto drôtov z plošných spojov vodiča k mriežke jazykovej elektródy je tak početných, ako agregát sa stávajú relatívne nepružnými. Na trénovanie rovnováhy s týmto zariadením musíte byť schopní voľne pohybovať hlavou, pričom mriežku jazykovej elektródy budete držať na svojom mieste. na jazyku. Z týchto dôvodov dávalo najväčší zmysel namontovať dosky plošných spojov vodiča na prilbu.