Kielellinen neurostimulaattori: 10 vaihetta

2024 Kirjoittaja: John Day | [email protected]. Viimeksi muokattu: 2024-01-30 09:02

Tämän hankkeen tilasi Mark Nova Scotiasta. Se maksoi osittain 471,88 dollaria ja sen suunnitteluun ja rakentamiseen kului 66,5 tuntia. Yllä olevat kaksi kuvaa, joissa on muovilaatikko, ovat laitteen toisesta (liitteenä olevasta) iteraatiosta, jonka on tilannut saksalainen mies.

Jos olet kuin minä, ensimmäinen altistumisesi tälle laitteelle oli uutisartikkeleissa, joissa oli kuvia sokeista, jotka käyttivät sitä "nähdäkseen" matalan resoluution kuvan näyttämällä sen kielensä elektrodiristikolla. Laitteella on myös sovelluksia erilaisissa kuntoutustyypeissä - "BrainPort" -muunnelmaa voidaan käyttää tasapainovajeiden hoitoon vestibulaarisen aistinvaraisen korvaamisen avulla ja väitetysti vain pulssien lähettämiseksi jokaisen sähkötaktiivisen kielen stimulaatiolaitteen jokaisen elektrodin läpi (yhdistettynä asiaan liittyviin harjoituksiin, esim. tasapainoharjoittelu) voi parantaa joitain neurologisia tiloja, mikä hämmentää minua. Olen myös kuullut raportteja siitä, että PoNS -laite (joka stimuloi kieltä, mutta ei lähetä mitään tietoa sen kautta) on pseudotiedettä eikä paranna ihmisten terveydentilaa. Tällä hetkellä ei ole riittävästi tutkimuksia, joiden avulla voidaan sanoa varmasti, että PoNS -laitteesta on hyötyä mihinkään, ja paperivalmistajat rahoittivat paperit, jotka väittävät PoNS -laitteen ja muiden vastaavien tehokkuuden, mikä on kaikenlaista epäilyttävää luontaisia eturistiriitoja. Minä, quicksilv3rflash, en väitä tämän laitteen lääketieteellistä tehokkuutta, tämä on vain tapa rakentaa se, jos haluat.

Joka tapauksessa, kuten aina lääketieteellisten laitteistoklooniprojektieni kohdalla, löytämäni kaupallisen version käsikirjassa on järjettömän korkea hinta-yli $ 5000 USD, joka on liian korkea ottaen huomioon osien todelliset kustannukset ($ 471.88 USD 2018-09 -14). Tällä tekniikalla on monia erilaisia kaupallisia malleja, joilla on erilaiset verkon resoluutiot ja suurimmat lähtötiedot (näin, että lähtöjännitteen maksimit vaihtelevat 19 V: stä 50 V: iin, lähtö ohjataan sitten noin 1 kOhm: n vastuksen ja 0,1 UF: n DC-estokondensaattorin kautta). Tämä ei ole tarkka kopio mistään kaupallisesta versiosta; Se on suunniteltu jäljittelemään useita erilaisia kaupallisia malleja, ja siinä on täysin uusi tila (taitokoulutus) komissaarin pyynnöstä.

Vaihe 1: Lähtötilat

Tässä kuvatussa laitteessa on kolme lähtötilaa:

1. BrainPort -tasapainoemulaattori

BrainPort kehitettiin aiemman kielen näyttöyksikön (TDU) perusteella. Harjoittelun tasapainottamiseksi BrainPortia käytetään näyttämään 2x2 -kuvio 10x10 kielelektrodiristikossa. Kielelektrodiverkon kuvio toimii jonkin verran ikään kuin se olisi fyysinen esine, jota painovoima liikuttaa; se pysyy ruudukon keskellä, jos käyttäjän päätä pidetään suorana. Jos käyttäjä nojaa eteenpäin, kuvio liikkuu käyttäjän kielen etuosaa kohti, ja jos käyttäjä nojaa oikealle, kuvio liikkuu käyttäjän kielen oikealle puolelle. Sama pätee vasemmalle tai taaksepäin kallistumiseen (kuvio siirtyy ruudukon keskeltä kohti käyttäjän kieltä vasemmalle tai taakse).

2. PoNS -emulaattori

Toisin kuin BrainPort tai Tongue Display Unit, PoNS -ulostulo ei sisällä mitään tietoja eikä sitä voida muokata ulkoisella signaalilla. Parafraseerimalla edellisen linkin paperia, kun tutkijat havaitsivat, että tasapainoharjoittelu BrainPortin kanssa paransi suorituskykyä jopa kuukausia laitteen poistamisen jälkeen suusta, he epäilivät, että sähköstaattinen stimulaatio itsessään voisi jotenkin helpottaa neurorehabilitaatiota, vaikka tietoja ei syötetä kielen näyttö. PoNS -laitteen ensimmäisessä versiossa oli neliömäinen elektrodiristikko, kuten tässä kuvattu laite, mutta on syytä huomata, että PoNS -laitteen myöhemmissä versioissa (alkaen versiosta 2 vuonna 2011) ei ole nelikulmaista lähtöelektrodiverkkoa, vaan käytetään melko epämääräisesti puolikuuta -kuun muotoinen, joka sopii kielen etupuolelle ja jossa on 144 elektrodia. Huomaa, että tämän ohjeen kirjoittaja ei voi vakuuttaa, että PoNS -laite todella tekee mitään hyödyllistä.

3. Kätevyystila

Komissaari nimenomaan pyysi näppäryystilaa jokaisen sormen ensimmäisen ja toisen rystyn taipumista oikealla kädellä. Kymmenen aktiivista elektrodia näytetään kielen etupuolella, jos käsi on joustamaton, jokainen aktiivinen elektrodi vastaa liitosta. Kun liitoksia taivutetaan, vastaavat aktiiviset elektrodit liikkuvat kielen edestä taakse, jolloin saadaan sähkökäyttöinen takaisinkytkentä, joka kuvaa käyttäjän käden asentoa.

Vaihe 2: Osaluettelo

[Kokonaiskustannukset: 471,88 dollaria USD 14.9.2018]

10x 47K ohmia 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 nauhakaapelit naaras-naaras, 40 johtoa/kaapeli

5x kielelektrodiverkon piirilevyt

5x lähtöohjaimen piirilevyt

2x Arduino uno

2x XL6009 Boost -moduulit

1x 6AA pidike

1x 9v akun pidike

1x virtakytkin

1x VMA203 -näppäimistö/näyttö

1x kiihtyvyysmittari, ADXL335 -moduuli

10x Flex -anturit, spektrisymboli flex 2,2"

50 jalkaa 24 AWG johto

2x käsineet (myydään vain pareittain)

Vaihe 3: Piirilevyt

Tilasin piirilevyjä Seeed Studio Fusion PCB: n kautta. Tässä vaiheessa olevat.zip -tiedostot ovat pakollisia gerber -tiedostoja. Ohjainlevyt voidaan tehdä Seeedin oletusasetuksilla, mutta kielelektrodiristikko vaatii suurempaa tarkkuutta (5/5 milj. Välys) ja kultausta (ENIG - vaikka voit saada kovaa kultaa, jos haluat niiden kestävän pidempään ja jos saat 200 dollaria ylimääräistä). Sain myös kielelektrodiristikon, joka on valmistettu ohuimmasta piirilevyvaihtoehdosta, 0,6 mm, mikä tekee siitä hieman joustavan.

Joustavien polyimidipiirilevyjen korkeiden kustannusten vuoksi päätimme käyttää jäykkää levyä tässä prototyypissä. Muiden, jotka lukevat näitä ohjeita ja jotka haluavat valmistaa tämän laitteen polyimidille, tulisi muistaa, että vaadittu tarkkuus on 5mil jälkiä / 5mil puhdistuma, jota Seeedstudio ei tarjoa joustavassa piirilevyssä. Voit - luultavasti - päästä eroon siitä, että se on valmistettu 6mil / 6mil -prosessilla. Näkyviä käyttötarkoituksia polyimidille, mutta odota, että jotkut levyt ovat viallisia, ja tarkista / testaa jokainen. Lisäksi juoksu polyimidilevyistä maksaa noin 320 dollaria, viimeksi tarkistin.

Kun olet vastaanottanut kielelektrodilevyt, sinun on leikattava ylimääräinen materiaali pois. Käytin dremel-kloonia, jossa oli hiomaleikkauslevy.

Vaihe 4: Arduino -tulostinohjain

Lähtöajuri Arduino ohjaa lähtöpiirilevyjä ohjaamaan elektrodeja Arduinon kehysgeneraattorin sarjatulon perusteella. Huomaa, että puolet lähdöistä on kytketty käänteiseksi kuvaksi muista, joten tulostinohjaimen koodi on hieman outo ottaa tämä huomioon.

Vaihe 5: Kehysgeneraattori Arduino

Kehysgeneraattori Arduino ottaa tietoja asennon tunnistavasta käsineestä ja kiihtyvyysmittarista ja muuntaa ne tulostuskehystiedoiksi, jotka viime kädessä ohjaavat kielen näyttöä. Kehysgeneraattorissa Arduino on myös VMA203 -näppäimistö/painikemoduuli, joka on kytketty siihen, ja se ohjaa laitteen käyttöliittymää. Arduino -kehysgeneraattorin ajurikoodi on täynnä maagisia numeroita (kirjaimellisia arvoja, joita käytetään ilman selitystä koodissa), jotka perustuvat yksittäisten flex -anturien - jotka vaihtelevat suuresti - ja kiihtyvyysmittarin lähtöihin.

Vaihe 6: Anturin multiplekseripiiri

Minulla on enemmän analogisia antureita kuin analogisia tuloja, joten minun oli käytettävä multiplekseriä.

Vaihe 7: Lähdön ohjainpiiri

Liitetty tähän.pdf -tiedostona, koska muuten Instructables pakkaa sen niin paljon, että se muuttuu lukukelvottomaksi.

Vaihe 8: Järjestelmän asettelu

Huomautus: Sekä BrainPort- että PoNS -laitteet aktivoivat useita elektrodeja samanaikaisesti. Johdotettuna ja koodattuna tässä laitteessa aktivoidaan vain yksi elektrodi kerrallaan. Jokaisella lähtöpiirilevyllä on erilliset sirunvalinta- ja lähdön käyttöönottolinjat, joten tämä malli _voidaan_ asettaa aktivoimaan useita elektrodeja kerralla, en vain ole kytkenyt sitä siihen.

Vaihe 9: Flex -anturikäsineen valmistelu

Flex -anturien nastat ovat erittäin hauraita ja helposti irrotettavissa. Flex-antureiden paljastettu pinta on myös altis oikosululle. Juotin johdot flex-antureihin ja ympäröin sitten liitokset kokonaan kuumaliimalla suojaamaan niitä vaurioilta. Joustotunnistimet kiinnitettiin sitten käsineeseen siten, että kunkin anturin keskikohta oli sijoitettu rystyn yli, jonka taipumista oli mitattava. Luonnollisesti tämän kaupallinen versio myydään yli 10 000 dollarilla.

Vaihe 10: Fyysinen kokoonpano

Koska kuljettajan piirilevyjen ja kielen elektrodiverkon satoja johtoja on niin paljon, niistä tulee suhteellisen joustamattomia kokonaisuutena. Jotta voisit harjoittaa tasapainoa tällä laitteella, sinun on voitava liikuttaa päätäsi vapaasti pitäen samalla kielelektrodiristikko paikallaan kielen päällä. Näistä syistä oli järkevintä asentaa ohjaimen piirilevyt kypärään.