Tvåspråkig neurostimulator: 10 steg

2024 Författare: John Day | [email protected]. Senast ändrad: 2024-01-30 12:45

Detta projekt beställdes av Mark från Nova Scotia. Det kostade 471,88 dollar i delar och tog 66,5 timmar att designa och bygga. De två bilderna ovan med plastlådan är från den andra (bifogade) iterationen av enheten, beställd av en kollega i Tyskland.

Om du är som jag var din första exponering för den här enheten i nyhetsartiklar som hade bilder på blinda människor som använde den för att "se" en bild med låg upplösning genom att visa den på ett elektrodnät på tungan. Enheten har också applikationer för olika typer av rehabilitering - "BrainPort" -varianten kan användas för att behandla balansunderskott genom vestibulär sensorisk substitution, och påstås bara skicka pulser genom varje elektrod i en elektrotaktil tungstimuleringsanordning (kombinerat med relevanta övningar, t.ex. balansträning) kan förbättra vissa neurologiska tillstånd, vilket jag undrar över. Jag har också hört några rapporter om att PoNS -enheten (som stimulerar tungan men inte skickar information genom den) är pseudovetenskap och inte gör något för att förbättra människors medicinska tillstånd. För närvarande finns det inte tillräckligt med forskning för att med säkerhet säga att PoNS -enheten är användbar för någonting, och de papper som gör anspråk på effektiviteten hos PoNS -enheten och andra liknande finansierades av enhetstillverkarna, vilket är alla misstänkta på grund av inneboende intressekonflikter. Jag, quicksilv3rflash, gör inga påståenden om den här enhetens medicinska effektivitet, det är bara hur man bygger den om du vill.

Hur som helst, som det alltid är fallet för mina klonprojekt för medicinsk hårdvara, listar manualen för den kommersiella versionen jag hittade ett absurt högt pris-mer än $ 5000 USD, alltför högt med tanke på den verkliga kostnaden för delar ($ 471,88 USD från 2018-09 -14). Det finns många olika kommersiella konstruktioner av denna teknik, med varierande nätupplösningar och maximala utgångsspecifikationer (jag såg utgångsspänning maxima från 19v till 50v, utgången dirigerades sedan genom ett ungefär 1kOhm motstånd och en 0.1uF DC-blockerande kondensator). Detta är inte en exakt kopia av någon kommersiell version; den är utformad för att efterlikna flera olika kommersiella mönster och har ett helt nytt läge (fingerfärdighetsträning) på begäran av kommissionären.

Steg 1: Utmatningslägen

Enheten som beskrivs här har tre utgångslägen:

1. BrainPort -balansemulator

BrainPort utvecklades baserat på den tidigare Tongue Display Unit (TDU). För träningsbalans används BrainPort för att visa ett 2x2 -mönster på ett 10x10 tungelektrodgaller. Mönstret på tungelektrodnätet fungerar något som om det vore ett fysiskt föremål som förflyttades av gravitationen; den förblir i mitten av rutnätet om användarens huvud hålls upprätt. Om användaren lutar sig framåt rör sig mönstret mot framsidan av användarens tunga, och om användaren lutar åt höger rör sig mönstret mot höger sida av användarens tunga. Detsamma gäller för lutad åt vänster eller bakåt (mönstret kommer att flyttas från mitten av gallret mot vänster eller baksidan av användarens tunga).

2. PoNS -emulator

Till skillnad från BrainPort eller Tongue Display Unit, har PoNS -utgången ingen information och kan inte moduleras av en extern signal. För att omskriva tidningen i föregående länk, efter att forskarna funnit att balansträning med BrainPort förbättrade prestanda även i månader efter att enheten togs bort från munnen, misstänkte de att elektrotaktil stimulering i sig kunde underlätta neurorehabilitering, även utan att information matades igenom tungans display. Den första versionen av PoNS -enheten hade ett fyrkantigt elektrodgaller som den enhet som beskrivs här, men det är värt att notera att efterföljande versioner (från version 2 2011) av PoNS -enheten inte har ett kvadratiskt elektrodgaller, som använder ganska vagt halvmåne -månformad en som passar längs tungans framsida och har 144 elektroder. Observera att författaren till denna instruktionsbok inte med säkerhet kan säga att PoNS -enheten faktiskt gör något användbart.

3. Färdighetsläge

Specifik efterfrågad av kommissarien, spårfärdighetsläget spårar flexionen av de första och andra knogarna på varje finger på höger hand. Tio aktiva elektroder visas längs tungans framsida om handen är oflexerad, varje aktiv elektrod motsvarar en led. När lederna böjs rör sig motsvarande aktiva elektroder från framsidan till baksidan av tungan, vilket ger elektrotaktil återkoppling som beskriver användarens handposition.

Steg 2: Dellista

[Totalkostnad: $ 471,88 USD från 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 bandkablar hon-till-hona, 40 ledningar/kabel

5x Tongue electrode grid circuit boards

5x kretskort för utgående drivrutiner

2x Arduino uno

2x XL6009 Boost -moduler

1x 6AA hållare

1x 9v batteriklämma

1x strömbrytare

1x VMA203 knappsats/skärm

1x Accelerometer, ADXL335 -modul

10x Flex -sensorer, spektra symbol flex 2,2"

50 fot. 24 AWG -tråd

2x handskar (säljs endast i par)

Steg 3: Kretskort

Jag beställde kretskort genom Seeed Studio FusionPCB.. Zip -filerna som ingår i detta steg är de nödvändiga gerberfilerna. Drivrutinerna kan göras med Seeeds standardinställningar, men tungelektrodens nät kräver högre precision (5/5 mil fritt utrymme) och guldplätering (ENIG - även om du kan få hårt guld istället om du vill att de ska hålla längre, och om du har en extra $ 200). Jag fick också tungelektrodgallret tillverkat med det tunnaste kretskortet, 0,6 mm, vilket gör det lite flexibelt.

På grund av den höga kostnaden för flexibla polyimid -kretskort valde vi att använda en styv bräda för denna prototyp. Andra som läser dessa instruktioner och vill ha den här enheten tillverkad på polyimid bör komma ihåg den noggrannhet som krävs är 5mil spår / 5mil clearance, som Seeedstudio inte kommer att tillhandahålla i flex PCB. Du kan - troligtvis - komma undan med att ha den tillverkad på 6mil / 6mil -processen Seed använder för polyimid, men förvänta dig att några av brädorna är defekta och undersöker / testar var och en. Dessutom kostar en serie flexibla polyimidbrädor cirka $ 320, senast jag kollade.

Efter att ha mottagit tungelektrodskivorna måste du klippa bort överflödigt material. Jag använde en dremelklon med en slipskiva.

Steg 4: Utmatningsdrivrutin Arduino

Utmatningsdrivrutinen Arduino styr utgångskretsarna för att driva elektroderna baserat på den seriella ingången från ramgeneratorn Arduino. Observera att halva utgångarna är inkopplade som en inverterad bild av de andra, så utdrivningskoden är lite konstig att ta hänsyn till detta.

Steg 5: Ramgenerator Arduino

Ramgeneratorn Arduino tar data från den positionsavkännande handsken och accelerometern och omvandlar den till utdata ramdata som i slutändan kommer att styra tungans display. Ramgeneratorn Arduino har också VMA203 knappsats/knappmodul ansluten till den och styr enhetens användargränssnitt. Drivkoden i ramgeneratorn Arduino är full av magiska tal (bokstavliga värden som används utan förklaring i koden) baserat på utsignalerna från de enskilda flexsensorerna - som varierar mycket - och accelerometern.

Steg 6: Sensormultiplexerkrets

Jag har fler analoga sensorer än analoga ingångar, så jag behövde använda en multiplexer.

Steg 7: Utmatningsdrivkrets

Bifogad här som en.pdf eftersom Instructables annars kommer att komprimera det så mycket att det blir oläsligt.

Steg 8: Systemlayout

Obs! Både BrainPort- och PoNS -enheter aktiverar flera elektroder samtidigt. Som trådbunden och kodad här aktiverar denna enhet bara en elektrod i taget. Varje kretskort har separata chip select- och output -aktiveringslinjer, så den här designen _kan_ ställas in för att aktivera flera elektroder samtidigt, jag har bara inte kopplat den för att göra det.

Steg 9: Förbereda Flex Sensor -handsken

Flex -sensorns stift är mycket ömtåliga och lätt att riva av. Flex-sensornas exponerade yta är också mottaglig för kortslutning. Jag lödde ledningar till flexsensorerna och omringade sedan korsningarna helt med varmt lim för att skydda dem från skador. Flex -sensorerna fästes sedan på en handske med mitten av varje sensor placerad tvärs över knogen vars flexion skulle mätas. Naturligtvis säljs den kommersiella versionen av detta för mer än $ 10 000.

Steg 10: Fysisk sammansättning

Eftersom de hundra ledningarna från förarkretsarna till tungelektrodens nät är så många blir de relativt oflexibla som ett aggregat. För att träna balans med den här enheten måste du kunna röra huvudet fritt samtidigt som tungelektrodens nät är på plats på tungan. Av dessa skäl var det mest meningsfullt att montera förarkretsarna på en hjälm.