Транслингвальный нейростимулятор: 10 шагов

2024 Автор: John Day | [email protected]. Последнее изменение: 2024-01-30 11:52

Этот проект был заказан Марком из Новой Шотландии. Он стоил 471,88 долларов США по частям, а на его проектирование и сборку ушло 66,5 часов. Две фотографии выше с пластиковой коробкой относятся ко второй (прилагаемой) итерации устройства, заказанной парнем из Германии.

Если вы похожи на меня, ваше первое знакомство с этим устройством было в новостных статьях, в которых были фотографии слепых людей, использующих его, чтобы «увидеть» изображение с низким разрешением, отображая его на сетке электродов на своем языке. Устройство также может применяться в различных типах реабилитации - вариант "BrainPort" может использоваться для лечения нарушений равновесия посредством замещения вестибулярных органов чувств и, как утверждается, просто посылки импульсов через каждый электрод устройства для электротактильной стимуляции языка (в сочетании с соответствующими упражнениями, например тренировка баланса) может улучшить некоторые неврологические состояния, что меня озадачивает. Я также слышал некоторые сообщения о том, что устройство PoNS (которое стимулирует язык, но не передает через него информацию) является псевдонаукой и ничего не делает с точки зрения улучшения состояния здоровья людей. В настоящее время недостаточно исследований, чтобы с уверенностью сказать, что устройство PoNS полезно для чего-либо, и документы, которые действительно заявляют об эффективности устройства PoNS и других подобных устройств, были профинансированы производителями устройств, что вызывает все подозрения из-за врожденный конфликт интересов. Я, quicksilv3rflash, не заявляю о медицинской эффективности этого устройства, это просто способ его создания, если вы хотите.

В любом случае, как это всегда бывает с моими проектами клонирования медицинского оборудования, в руководстве к коммерческой версии, которую я обнаружил, указана абсурдно высокая цена - более 5000 долларов США, что является чрезмерно высокой с учетом фактической стоимости деталей (471,88 доллара США по состоянию на 2018-09 годы. -14). Существует множество различных коммерческих проектов этой технологии с различными разрешениями сетки и максимальными выходными характеристиками (я видел максимумы выходного напряжения от 19 В до 50 В, выход затем направляется через резистор примерно 1 кОм и блокирующий конденсатор постоянного тока 0,1 мкФ). Это не точная копия какой-либо коммерческой версии; он разработан для имитации нескольких различных коммерческих проектов и имеет совершенно новый режим (тренировка ловкости) по запросу комиссара.

Шаг 1. Режимы вывода

Описываемое здесь устройство имеет три режима вывода:

1. Эмулятор баланса BrainPort.

BrainPort был разработан на основе более раннего Tongue Display Unit (TDU). Для тренировки баланса BrainPort используется для отображения рисунка 2x2 на сетке язычковых электродов 10x10. Рисунок на решетке язычкового электрода действует так, как если бы это был физический объект, перемещаемый под действием силы тяжести; он остается в центре сетки, если голову пользователя держать прямо. Если пользователь наклоняется вперед, узор перемещается к передней части языка пользователя, а если пользователь наклоняется вправо, узор перемещается к правой стороне языка пользователя. То же самое касается наклона влево или назад (узор будет перемещаться от центра сетки к левой или задней части языка пользователя).

2. Эмулятор PoNS

В отличие от BrainPort или Tongue Display Unit, выход PoNS не несет никакой информации и не может модулироваться внешним сигналом. Перефразируя статью в предыдущей ссылке, после того, как исследователи обнаружили, что тренировка баланса с помощью BrainPort улучшила производительность даже в течение нескольких месяцев после того, как устройство было извлечено изо рта, они заподозрили, что сама электротактильная стимуляция может каким-то образом облегчить нейрореабилитацию, даже без передачи информации. дисплей языка. Первая версия устройства PoNS имела квадратную сетку электродов, как устройство, описанное здесь, но стоит отметить, что последующие версии (начиная с версии 2 в 2011 году) устройства PoNS не имеют квадратной сетки выходных электродов, используя скорее неопределенно полумесяц. в форме луны, которая проходит вдоль передней части языка и имеет 144 электрода. Обратите внимание, что автор этой инструкции не может с уверенностью утверждать, что устройство PoNS действительно делает что-то полезное.

3. Режим ловкости

По специальному запросу комиссара режим ловкости отслеживает сгибание первого и второго суставов каждого пальца правой руки. Десять активных электродов отображаются вдоль передней части языка, если рука не сгибается, каждый активный электрод соответствует суставу. Когда суставы сгибаются, соответствующие активные электроды перемещаются от передней части к задней части языка, обеспечивая электротактильную обратную связь, которая описывает положение руки пользователя.

Шаг 2: Список деталей

[Общая стоимость: 471,88 доллара США по состоянию на 14 сентября 2018 г.]

10x 47 кОм 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 ленточных кабеля, гнездо-гнездо, 40 проводов / кабель

5x монтажных плат с решеткой для язычковых электродов

5x плат выходных драйверов

2x Arduino uno

2x XL6009 Boost модуля

1x 6AA держатель

1x 9v зажим для аккумулятора

1x выключатель питания

1x клавиатура / экран VMA203

1x акселерометр, модуль ADXL335

10 датчиков Flex, символ спектра, гибкий, 2,2 дюйма

50 футов. Провод 24 AWG

2 перчатки (продаются только парами)

Шаг 3: печатные платы

Платы заказывал через Seeed Studio FusionPCB. Файлы.zip, включенные в этот шаг, являются обязательными файлами gerber. Платы драйверов могут быть изготовлены с настройками по умолчанию Seeed, но сетка электрода язычка требует более высокой точности (зазор 5/5 мил) и золотого покрытия (ENIG - хотя вместо этого вы можете получить твердое золото, если хотите, чтобы они прослужили дольше, и если у вас есть лишние 200 долларов). Я также получил решетку электрода язычка, изготовленную из самой тонкой печатной платы, 0,6 мм, что делает ее немного гибкой.

Из-за высокой стоимости гибких печатных плат из полиимида мы решили использовать жесткую плату для этого прототипа. Другие, читающие эту инструкцию, которые хотят, чтобы это устройство было изготовлено на полиимиде, должны помнить, что требуемая точность составляет 5 мил следов / 5 мил зазора, которую Seeedstudio не обеспечивает в гибкой печатной плате. Возможно, вам удастся изготовить его по технологии 6 мил / 6 мил. Видно, как используется полиимид, но ожидайте, что некоторые платы будут дефектными, и изучите / протестируйте каждую из них. Кроме того, тираж гибких полиимидных плат стоит около 320 долларов, последний раз я проверял.

После того, как вы получите пластины электродов с язычком, вам нужно будет отрезать лишний материал. Я использовал клон dremel с абразивным отрезным диском.

Шаг 4: выходной драйвер Arduino

Выходной драйвер Arduino управляет выходными печатными платами для управления электродами на основе последовательного входа от генератора кадров Arduino. Обратите внимание, что половина выходов подключена как перевернутое изображение других, поэтому код драйвера вывода немного странно учитывать это.

Шаг 5: Генератор кадров Arduino

Генератор кадров Arduino берет данные с датчика положения и акселерометра и преобразует их в данные выходного кадра, которые в конечном итоге будут управлять отображением языка. Генератор кадров Arduino также имеет модуль клавиатуры / кнопок VMA203, подключенный к нему, и управляет пользовательским интерфейсом устройства. Код драйвера в генераторе кадров Arduino полон магических чисел (буквальные значения, используемые без объяснения в коде), основанных на выходных сигналах отдельных гибких датчиков, которые сильно различаются, и акселерометра.

Шаг 6: Цепь мультиплексора датчиков

У меня больше аналоговых датчиков, чем аналоговых входов, поэтому мне пришлось использовать мультиплексор.

Шаг 7: Схема выходного драйвера

Прилагается здесь как.pdf, потому что в противном случае Instructables сожмет его настолько, что он станет неразборчивым.

Шаг 8: Схема системы

Примечание. Оба устройства BrainPort и PoNS активируют несколько электродов одновременно. В соответствии с приведенной здесь схемой подключения и кода это устройство активирует только один электрод за раз. Каждая плата вывода имеет отдельные линии выбора микросхемы и разрешения вывода, поэтому эту конструкцию _ можно_ настроить для одновременной активации нескольких электродов, я просто не подключил ее для этого.

Шаг 9: Подготовка перчатки с гибким датчиком

Штифты гибких датчиков очень хрупкие, и их легко отрывать. Открытая поверхность датчиков изгиба также подвержена короткому замыканию. Я припаял провода к гибким датчикам, а затем полностью покрыл соединения горячим клеем, чтобы защитить их от повреждений. Затем датчики изгиба прикрепляли к перчатке, при этом середина каждого датчика располагалась поперек сустава, сгибание которого необходимо было измерить. Естественно, его коммерческая версия стоит более 10 000 долларов.

Шаг 10: Физическая сборка

Поскольку сотни проводов от печатных плат драйвера к решетке электродов с язычком очень многочисленны, они становятся относительно негибкими в совокупности. на языке. По этим причинам было наиболее целесообразно установить печатные платы драйверов на шлем.