Translingual Neurostimulator: 10 trin

2024 Forfatter: John Day | [email protected]. Sidst ændret: 2024-01-30 08:28

Dette projekt blev bestilt af Mark fra Nova Scotia. Det kostede $ 471,88 USD i dele og tog 66,5 timer at designe og bygge. De to fotos ovenfor med plastkassen er fra den anden (vedlagte) iteration af enheden, bestilt af en kollega i Tyskland.

Hvis du er som mig, var din første eksponering for denne enhed i nyhedsartikler, der havde billeder af blinde mennesker, der brugte den til at "se" et billede med lav opløsning ved at vise det på et elektrodegitter på deres tunge. Enheden har også applikationer til forskellige former for rehabilitering - "BrainPort" -varianten kan bruges til at behandle balanceunderskud gennem vestibulær sensorisk substitution og angiveligt bare sende pulser gennem hver elektrode i en elektrotaktil tungestimuleringsenhed (kombineret med relevante øvelser, f.eks. balance træning) kan forbedre nogle neurologiske tilstande, hvilket undrer mig. Jeg har også hørt nogle rapporter om, at PoNS -enheden (som stimulerer tungen, men ikke sender information igennem den) er pseudovidenskab og ikke gør noget med hensyn til at forbedre folks medicinske tilstande. I øjeblikket er der utilstrækkelig forskning til med sikkerhed at sige, at PoNS -enheden er nyttig til noget, og de papirer, der gør krav på effektiviteten af PoNS -enheden og andre lignende, blev finansieret af enhedsproducenterne, hvilket er alverdens mistænkeligt på grund af iboende interessekonflikter. Jeg, quicksilv3rflash, gør ingen påstande om den medicinske effektivitet af denne enhed, det er sådan, man kan bygge den, hvis man vil.

Anyway, som det altid er tilfældet for mine medicinske hardware-klonprojekter, viser manualen til den kommercielle version, jeg fandt, en absurd høj pris-mere end $ 5000 USD, alt for høj i betragtning af de faktiske omkostninger ved dele ($ 471,88 USD fra 2018-09 -14). Der er mange forskellige kommercielle designs af denne teknologi med varierende netopløsninger og maksimale outputspecifikationer (jeg så maksimal udgangsspænding fra 19v til 50v, hvorefter output blev dirigeret gennem en groft 1kOhm modstand og en 0.1uF DC-blokeringskondensator). Dette er ikke en nøjagtig kopi af en kommerciel version; det er designet til at efterligne flere forskellige kommercielle designs og har en helt ny tilstand (fingerfærdighedstræning) efter anmodning fra kommissæren.

Trin 1: Output -tilstande

Enheden beskrevet her har tre output -tilstande:

1. BrainPort balance emulator

BrainPort blev udviklet baseret på den tidligere Tongue Display Unit (TDU). Til træningsbalance bruges BrainPort til at vise et 2x2 mønster på et 10x10 tunge elektrode gitter. Mønsteret på tungeelektrodegitteret virker noget som om det var et fysisk objekt, der blev bevæget af tyngdekraften; det forbliver i midten af gitteret, hvis brugerens hoved holdes oprejst. Hvis brugeren læner sig fremad, bevæger mønsteret sig mod forsiden af brugerens tunge, og hvis brugeren læner sig mod højre, bevæger mønsteret sig mod højre side af brugerens tunge. Det samme gælder for at læne sig tilbage eller tilbage (mønsteret bevæger sig fra midten af gitteret mod venstre eller bagsiden af brugerens tunge).

2. PoNS -emulator

I modsætning til BrainPort eller Tongue Display Unit har PoNS -udgangen ingen information og kan ikke moduleres af et eksternt signal. For at omskrive papiret i det forrige link, efter at forskerne fandt ud af, at balancetræning med BrainPort forbedrede ydeevnen, selv i flere måneder efter at enheden blev fjernet fra munden, mistænkte de, at elektrotaktil stimulation i sig selv på en eller anden måde kunne lette neurorehabilitering, selv uden information blev tilført displayet på tungen. Den første version af PoNS -enheden havde et firkantet elektrodegitter som den enhed, der er beskrevet her, men det er værd at bemærke, at efterfølgende versioner (startende med version 2 i 2011) af PoNS -enheden ikke har et firkantet elektrodegitter, der snarere bruger en vagt halvmåne -måneformet en, der passer langs forsiden af tungen og har 144 elektroder. Bemærk, at forfatteren til denne instruktionsbog ikke med sikkerhed kan oplyse, at PoNS -enheden faktisk gør noget nyttigt.

3. Fingerfærdighedstilstand

Specifik efterspurgt af kommissæren sporer fingerfærdighedstilstand bøjningen af den første og anden kno på hver finger på højre hånd. Ti aktive elektroder vises langs forsiden af tungen, hvis hånden er ufleksibel, hver aktiv elektrode svarer til et led. Når leddene bøjes, bevæger de tilsvarende aktive elektroder sig fra forsiden til bagsiden af tungen, hvilket giver elektrotaktil feedback, der beskriver brugerens håndposition.

Trin 2: Deleliste

[Samlede omkostninger: $ 471,88 USD fra 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 båndkabler hun-til-hun, 40 ledninger/kabel

5x Tongue elektrode gitter kredsløbskort

5x output driver printkort

2x Arduino uno

2x XL6009 Boost -moduler

1x 6AA holder

1x 9v batteriklemme

1x afbryder

1x VMA203 tastatur/skærm

1x accelerometer, ADXL335 modul

10x Flex -sensorer, spektrasymbol flex 2,2"

50 fod. 24 AWG ledning

2x handsker (sælges kun parvis)

Trin 3: Kredsløb

Jeg bestilte printkort gennem Seeed Studio FusionPCB.. Zip -filerne, der er inkluderet i dette trin, er de nødvendige gerber -filer. Driverbrædderne kan laves med Seeeds standardindstillinger, men tungeelektrodens gitter kræver højere præcision (5/5 mil clearance) og forgyldning (ENIG - selvom du i stedet kunne få hårdt guld, hvis du vil have dem til at vare længere, og hvis du har en ekstra $ 200). Jeg fik også tungeelektrodegitteret fremstillet med den tyndeste printplade, 0,6 mm, hvilket gør det lidt fleksibelt.

På grund af de høje omkostninger ved fleksible polyimid -kredsløb, valgte vi at bruge et stift bord til denne prototype. Andre, der læser disse instruktioner, og som ønsker at få denne enhed fremstillet på polyimid, skal huske på, at den krævede præcision er 5mil spor / 5mil clearance, som Seeedstudio ikke vil levere i flex PCB. Du kan - sandsynligvis - slippe af sted med at få det fremstillet på 6mil / 6mil -processen Seed bruger polyimid, men forvent, at nogle af brædderne er defekte, og undersøger / tester hvert enkelt. Også en omgang fleksible polyimidplader koster omkring $ 320, sidst jeg kontrollerede.

Efter at have modtaget tungeelektrodebrædderne, skal du afskære det overskydende materiale. Jeg brugte en dremel-klon med en slibeskive.

Trin 4: Output Driver Arduino

Output -driveren Arduino styrer output -printkortene til at drive elektroderne baseret på den serielle indgang fra rammegeneratoren Arduino. Bemærk, at halvdelen af output er tilsluttet som et omvendt billede af de andre, så output driver -koden er lidt underlig at tage højde for dette.

Trin 5: Frame Generator Arduino

Rammegeneratoren Arduino tager data fra den positionsfølende handske og accelerometeret og konverterer dem til outputrammedataene, som i sidste ende vil styre tungen. Rammegeneratoren Arduino har også VMA203 tastatur/knapmodul tilsluttet og styrer enhedens brugergrænseflade. Driverkoden i rammegeneratoren Arduino er fuld af magiske tal (bogstavelige værdier brugt uden forklaring i koden) baseret på output fra de individuelle flexsensorer - som varierer meget - og accelerometeret.

Trin 6: Sensormultiplexerkredsløb

Jeg har flere analoge sensorer end analoge indgange, så jeg skulle bruge en multiplexer.

Trin 7: Output Driver Circuit

Vedhæftet her som en.pdf, fordi Instructables ellers vil komprimere det så meget, at det bliver ulæseligt.

Trin 8: Systemlayout

Bemærk: Både BrainPort og PoNS -enheder aktiverer flere elektroder samtidigt. Som kablet og kodet her, aktiverer denne enhed kun en elektrode ad gangen. Hvert output printkort har separate chip select og output enable lines, så dette design _kan_ konfigureres til at aktivere flere elektroder på én gang, jeg har bare ikke tilsluttet det til at gøre det.

Trin 9: Klargøring af Flex Sensor -handsken

Flex -sensorernes ben er meget skrøbelige og let revne af. Fleksensorernes eksponerede overflade er også modtagelig for kortslutninger. Jeg lodde ledninger til flexsensorerne og omringede derefter krydset fuldstændigt med varm lim for at beskytte dem mod skader. Flex -sensorerne blev derefter fastgjort til en handske med midten af hver sensor placeret på tværs af den kno, hvis fleksion skulle måles. Den kommercielle version af dette sælges naturligvis for mere end $ 10.000.

Trin 10: Fysisk samling

Fordi de hundrede ledninger fra driverens kredsløbskort til tungeelektrodens gitter er så mange, bliver de relativt ufleksible som et aggregat. For at træne balance med denne enhed skal du være i stand til at bevæge dit hoved frit, mens tungeelektroderettet holdes på plads på tungen. Af disse grunde var det mest fornuftigt at montere driverens printkort på en hjelm.