Neurostymulator Translingual: 10 kroków

2024 Autor: John Day | [email protected]. Ostatnio zmodyfikowany: 2024-01-30 11:30

Ten projekt został zamówiony przez Marka z Nowej Szkocji. Kosztował 471,88 USD w częściach, a zaprojektowanie i zbudowanie zajęło 66,5 godziny. Dwa powyższe zdjęcia z plastikowym pudełkiem pochodzą z drugiej (załączonej) iteracji urządzenia na zlecenie kolegi z Niemiec.

Jeśli jesteś podobny do mnie, twoje pierwsze zetknięcie z tym urządzeniem miało miejsce w artykułach prasowych, które zawierały zdjęcia osób niewidomych używających go do „widzenia” obrazu o niskiej rozdzielczości poprzez wyświetlanie go na siatce elektrod na języku. Urządzenie ma również zastosowanie w różnego rodzaju rehabilitacji – wariant „BrainPort” może być wykorzystany do leczenia deficytów równowagi poprzez substytucję czuciową przedsionkową, a rzekomo po prostu wysyłanie impulsów przez każdą elektrodę urządzenia do elektrodotykowej stymulacji języka (w połączeniu z odpowiednimi ćwiczeniami, np. trening równowagi) może poprawić niektóre schorzenia neurologiczne, co mnie zastanawia. Słyszałem też, że urządzenie PoNS (które stymuluje język, ale nie przesyła przez niego informacji) jest pseudonauką i nie robi nic w zakresie poprawy stanu zdrowia ludzi. Obecnie nie ma wystarczających badań, aby z całą pewnością stwierdzić, że urządzenie PoNS jest przydatne w czymkolwiek, a artykuły, które twierdzą, że urządzenie PoNS i inne podobne, zostały sfinansowane przez producentów urządzeń, co jest wszelkiego rodzaju podejrzane ze względu na nieodłączne konflikty interesów. Ja, quicksilv3flash, nie twierdzę o medycznej skuteczności tego urządzenia, tak po prostu je zbudować, jeśli chcesz.

W każdym razie, jak to zawsze bywa w przypadku moich projektów klonowania sprzętu medycznego, w instrukcji do wersji komercyjnej, którą znalazłem, cena jest absurdalnie wysoka – ponad 5000 USD, zbyt wysoka, biorąc pod uwagę rzeczywisty koszt części (471,88 USD na rok 2018-09). -14). Istnieje wiele różnych komercyjnych projektów tej technologii, z różnymi rozdzielczościami siatki i maksymalnymi specyfikacjami wyjściowymi (widziałem maksymalne napięcie wyjściowe w zakresie od 19 V do 50 V, a następnie wyjście jest kierowane przez rezystor około 1 kOhm i kondensator blokujący napięcie DC 0,1 uF). To nie jest dokładna kopia żadnej wersji komercyjnej; jest zaprojektowany do emulacji kilku różnych projektów komercyjnych i ma zupełnie nowy tryb (trening zręczności) na żądanie komisarza.

Krok 1: Tryby wyjściowe

Opisane tutaj urządzenie posiada trzy tryby wyjścia:

1. Emulator równowagi BrainPort

BrainPort został opracowany w oparciu o wcześniejszą jednostkę wyświetlania języka (TDU). Aby uzyskać równowagę treningową, BrainPort służy do wyświetlania wzoru 2x2 na siatce elektrod języka 10x10. Wzór na siatce elektrod języka działa trochę tak, jakby był fizycznym obiektem poruszanym grawitacyjnie; pozostaje na środku siatki, jeśli głowa użytkownika jest trzymana prosto. Jeżeli użytkownik pochyla się do przodu, wzór przesuwa się w kierunku przodu języka użytkownika, a jeśli użytkownik pochyla się w prawo, wzór przesuwa się w kierunku prawej strony języka użytkownika. To samo dotyczy pochylania się w lewo lub do tyłu (wzór przesunie się od środka siatki w kierunku lewej lub tylnej części języka użytkownika).

2. Emulator PoNS

W przeciwieństwie do BrainPort lub Tongue Display Unit, wyjście PoNS nie przenosi żadnych informacji i nie może być modulowane przez sygnał zewnętrzny. Parafrazując artykuł w poprzednim linku, po tym, jak naukowcy odkryli, że trening równowagi z BrainPort poprawiał wydajność nawet przez kilka miesięcy po wyjęciu urządzenia z ust, podejrzewali, że sama stymulacja elektrodotykowa może w jakiś sposób ułatwić neurorehabilitację, nawet bez podawania informacji wyświetlacz języka. Pierwsza wersja urządzenia PoNS miała kwadratową siatkę elektrod, podobnie jak urządzenie opisane tutaj, ale warto zauważyć, że kolejne wersje (począwszy od wersji 2 w 2011 r.) urządzenia PoNS nie mają kwadratowej siatki elektrod wyjściowych, używając raczej niewyraźnego półksiężyca -w kształcie księżyca, który mieści się wzdłuż przedniej części języka i ma 144 elektrody. Należy pamiętać, że autor tego Instructable nie może z całą pewnością stwierdzić, że urządzenie PoNS faktycznie robi coś użytecznego.

3. Tryb zręczności

Specjalnie na żądanie komisarza tryb zręczności śledzi zgięcie pierwszego i drugiego kłykcia każdego palca prawej ręki. Dziesięć aktywnych elektrod jest wyświetlanych wzdłuż przedniej części języka, jeśli ręka nie jest zgięta, każda aktywna elektroda odpowiada stawowi. Gdy stawy są zginane, odpowiednie elektrody aktywne przesuwają się od przodu do tyłu języka, zapewniając sprzężenie zwrotne elektrodotykowe, które opisuje pozycję dłoni użytkownika.

Krok 2: Lista części

[Całkowity koszt: 471,88 USD na dzień 2018-09-14]

10x 47K om 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 Kable wstążkowe żeńsko-żeńskie, 40 żył/kabel

5x płytki drukowane siatki elektrody językowej

5x płytki obwodów sterownika wyjściowego

2x Arduino

2x moduły doładowania XL6009

1x uchwyt 6AA

1x zacisk na baterię 9 v

1x wyłącznik zasilania

1x klawiatura/ekran VMA203

1x Akcelerometr, moduł ADXL335

10x czujniki Flex, symbol widma flex 2,2"

50 stóp Przewód 24 AWG

2x Rękawiczki (sprzedawane tylko w parach)

Krok 3: Płytki drukowane

Zamówiłem płytki drukowane przez Seeed Studio FusionPCB. Pliki.zip zawarte w tym kroku są wymaganymi plikami gerber. Płyty sterowników mogą być wykonane z domyślnymi ustawieniami Seeed, ale siatka elektrod w języku wymaga większej precyzji (prześwit 5/5 mil) i złocenia (ENIG - choć zamiast tego można uzyskać twarde złoto, jeśli chcesz, aby działały dłużej i jeśli masz dodatkowe 200 dolarów). Dostałem również siatkę elektrody języka wykonaną z najcieńszą opcją płytki drukowanej, 0,6 mm, co czyni ją nieco elastyczną.

Ze względu na wysoki koszt elastycznych płytek z obwodami poliamidowymi zdecydowaliśmy się na zastosowanie w tym prototypie sztywnej płytki. Inni czytający tę instrukcję, którzy chcą zlecić wykonanie tego urządzenia na poliimidzie, powinni pamiętać, że wymagana precyzja to 5 mil śladów / 5 mil prześwitu, czego Seeedstudio nie zapewni w flex PCB. Możesz - prawdopodobnie - ujść na sucho z wytworzeniem go w procesie 6mil/6mil Nasiona zastosowań dla poliimidu, ale spodziewaj się, że niektóre płyty będą wadliwe i zbadaj / przetestuj każdą z nich. Również seria elastycznych płyt poliimidowych kosztuje około 320 USD, ostatnio sprawdzałem.

Po otrzymaniu płyt elektrody językowej musisz odciąć nadmiar materiału. Użyłem klonu dremel z tarczą ścierną.

Krok 4: Sterownik wyjścia Arduino

Sterownik wyjścia Arduino steruje obwodami wyjściowymi do sterowania elektrodami w oparciu o wejście szeregowe z generatora ramek Arduino. Zauważ, że połowa wyjść jest podłączona jako odwrócony obraz pozostałych, więc kod sterownika wyjścia jest trochę dziwny, biorąc to pod uwagę.

Krok 5: Arduino generatora ramek

Generator ramek Arduino pobiera dane z rękawicy wykrywającej położenie i akcelerometru i konwertuje je na dane wyjściowe ramki, które ostatecznie sterują wyświetlaczem języka. Do generatora ramek Arduino wpięty jest również moduł klawiatury/przycisków VMA203, który steruje interfejsem użytkownika urządzenia. Kod sterownika w generatorze ramek Arduino jest pełen magicznych liczb (wartości dosłowne używane bez wyjaśnienia w kodzie) opartych na wyjściach poszczególnych czujników flex – które różnią się znacznie – oraz akcelerometru.

Krok 6: Obwód multipleksera czujnika

Mam więcej czujników analogowych niż wejść analogowych, więc musiałem użyć multipleksera.

Krok 7: Obwód sterownika wyjściowego

Załączony tutaj jako plik.pdf, ponieważ w przeciwnym razie Instructables skompresuje go tak bardzo, że stanie się nieczytelny.

Krok 8: Układ systemu

Uwaga: Oba urządzenia BrainPort i PoNS aktywują wiele elektrod jednocześnie. Jak okablowane i zakodowane tutaj, to urządzenie aktywuje tylko jedną elektrodę na raz. Każda wyjściowa płytka drukowana ma oddzielne linie wyboru chipa i wyjścia, więc ten projekt _można_ skonfigurować tak, aby aktywował wiele elektrod jednocześnie, po prostu nie okablowałem go, aby to zrobić.

Krok 9: Przygotowanie rękawicy z czujnikiem Flex

Styki czujników flex są bardzo delikatne i łatwo się odrywają. Odsłonięta powierzchnia czujników flex jest również podatna na zwarcia. Przylutowałem przewody do czujników zginania, a następnie całkowicie otoczyłem złącza klejem na gorąco, aby uchronić je przed uszkodzeniem. Czujniki zgięcia zostały następnie przymocowane do rękawicy, a środek każdego czujnika został umieszczony na kostce, której zgięcie miało być mierzone. Oczywiście komercyjna wersja tego jest sprzedawana za ponad 10 000 USD.

Krok 10: Montaż fizyczny

Ponieważ setki przewodów od płytek obwodów sterownika do siatki elektrod w języku jest tak wiele, stają się one stosunkowo nieelastyczne jako zespół. na języku. Z tych powodów najbardziej sensowne było zamontowanie płytek drukowanych kierowcy na kasku.