Translingual Neurostimulator: 10 Steps

2024 Forfatter: John Day | [email protected]. Sist endret: 2024-01-30 11:23

Dette prosjektet ble bestilt av Mark fra Nova Scotia. Det kostet 471,88 dollar i deler, og det tok 66,5 timer å designe og bygge. De to bildene ovenfor med plastboksen er fra den andre (vedlagte) iterasjonen av enheten, bestilt av en kar i Tyskland.

Hvis du er som meg, var din første eksponering for denne enheten i nyhetsartikler som hadde bilder av blinde mennesker som brukte den for å "se" et bilde med lav oppløsning ved å vise det på et elektrodegitter på tungen. Enheten har også applikasjoner for forskjellige typer rehabilitering - "BrainPort" -varianten kan brukes til å behandle balanseunderskudd gjennom vestibulær sensorisk substitusjon, og angivelig bare sende pulser gjennom hver elektrode i en elektrotaktil tungestimuleringsenhet (kombinert med relevante øvelser, f.eks. balansetrening) kan forbedre noen nevrologiske tilstander, noe som undrer meg. Jeg har også hørt noen rapporter om at PoNS -enheten (som stimulerer tungen, men ikke sender informasjon gjennom den) er pseudovitenskap, og ikke gjør noe for å forbedre folks medisinske tilstander. For øyeblikket er det utilstrekkelig forskning for å si med sikkerhet at PoNS -enheten er nyttig for noe, og avisene som hevder effektiviteten til PoNS -enheten og andre lignende, ble finansiert av enhetsprodusentene, noe som er mistenkelig på grunn av iboende interessekonflikter. Jeg, quicksilv3rflash, gjør ingen påstander om den medisinske effektiviteten til denne enheten, dette er bare hvordan du bygger den hvis du vil.

Uansett, som det alltid er tilfelle for mine medisinske maskinvare-klonprosjekter, viser håndboken for den kommersielle versjonen jeg fant en absurd høy pris-mer enn $ 5000 USD, altfor høy gitt de faktiske kostnadene for deler ($ 471,88 USD per 2018-09) -14). Det er mange forskjellige kommersielle design av denne teknologien, med varierende nettoppløsninger og maksimal utgangsspesifikasjoner (jeg så maksimal utgangsspenning fra 19v til 50v, deretter sendes utgangen gjennom en omtrent 1kOhm motstand og en 0.1uF DC-blokkerende kondensator). Dette er ikke en eksakt kopi av en kommersiell versjon; den er designet for å etterligne flere forskjellige kommersielle design, og har en helt ny modus (fingerferdighetstrening) på forespørsel fra kommissæren.

Trinn 1: Utmatingsmoduser

Enheten beskrevet her har tre utgangsmoduser:

1. BrainPort -balanseemulator

BrainPort ble utviklet basert på den tidligere Tongue Display Unit (TDU). For treningsbalanse brukes BrainPort til å vise et 2x2 -mønster på et 10x10 tungeelektroderutenett. Mønsteret på tungeelektrodenettet virker noe som om det var et fysisk objekt beveget av tyngdekraften; den forblir i midten av rutenettet hvis brukerens hode holdes oppreist. Hvis brukeren lener seg fremover, beveger mønsteret seg mot forsiden av brukerens tunge, og hvis brukeren lener seg mot høyre, beveger mønsteret seg mot høyre side av brukerens tunge. Det samme gjelder for å lene seg til venstre eller bakover (mønsteret beveger seg fra midten av rutenettet mot venstre eller baksiden av brukerens tunge).

2. PoNS -emulator

I motsetning til BrainPort eller Tongue Display Unit, har PoNS -utgangen ingen informasjon og kan ikke moduleres av et eksternt signal. For å omskrive papiret i den forrige lenken, etter at forskerne fant at balansetrening med BrainPort forbedret ytelsen, selv i flere måneder etter at enheten ble fjernet fra munnen, mistenkte de at elektrotaktil stimulering i seg selv på en eller annen måte kunne lette neurorehabilitering, selv uten at informasjon ble matet gjennom displayet på tungen. Den første versjonen av PoNS -enheten hadde et firkantet elektrodegitter som enheten som er beskrevet her, men det er verdt å merke seg at påfølgende versjoner (fra versjon 2 i 2011) av PoNS -enheten ikke har et kvadratisk elektrodegitter, som bruker en ganske halvmåne halvmåne -måneformet en som passer langs tungenes front og har 144 elektroder. Vær oppmerksom på at forfatteren av denne instruksjonsboken ikke kan si med sikkerhet at PoNS -enheten faktisk gjør noe nyttig.

3. Behendighetsmodus

Spesielt etterspurt av kommissæren, sporer fingerferdighetsmodus fleksjonen til den første og andre knoken på hver finger på høyre hånd. Ti aktive elektroder vises langs forsiden av tungen hvis hånden er ufleksibel, hver aktive elektrode tilsvarer en ledd. Når leddene bøyes, beveger de tilsvarende aktive elektroder seg fra forsiden til baksiden av tungen, og gir elektrotaktil tilbakemelding som beskriver brukerens håndposisjon.

Trinn 2: Deleliste

[Total kostnad: $ 471,88 USD per 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 hunn-til-hunn, 40 ledninger/kabel

5x Tongue electrode grid circuit boards

5x kretskort for utgangsdrivere

2x Arduino uno

2x XL6009 Boost -moduler

1x 6AA holder

1x 9v batteriklemme

1x strømbryter

1x VMA203 -tastatur/skjerm

1x akselerometer, ADXL335 -modul

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

50 fot. 24 AWG ledning

2x hansker (selges kun i par)

Trinn 3: Kretskort

Jeg bestilte kretskort gjennom Seeed Studio FusionPCB.. Zip -filene som er inkludert i dette trinnet, er de nødvendige gerberfilene. Drivbrettene kan gjøres med Seeeds standardinnstillinger, men tungeelektroderutenettet krever høyere presisjon (5/5 mil klaring) og gullbelegg (ENIG - selv om du kan få hardt gull i stedet hvis du vil at de skal vare lenger, og hvis du har en ekstra $ 200). Jeg fikk også tungeelektrode -rutenettet produsert med det tynneste kretskortet, 0,6 mm, noe som gjør det litt fleksibelt.

På grunn av de høye kostnadene ved fleksible polyimid -kretskort valgte vi å bruke et stivt brett til denne prototypen. Andre som leser disse instruksjonene og ønsker å få denne enheten produsert på polyimid, bør huske på at den nødvendige presisjonen er 5mil spor / 5mil klaring, som Seeedstudio ikke vil gi i flex PCB. Du kan - sannsynligvis- slippe unna med å få den fremstilt på 6mil / 6mil -prosessen Seed bruker polyimid, men forvent at noen av brettene er defekte, og undersøker / tester hver enkelt. Dessuten koster en serie fleksible polyimidbrett omtrent $ 320, sist jeg sjekket.

Etter at du har mottatt tungeelektrodebrettene, må du kutte av overflødig materiale. Jeg brukte en dremel-klon med en slipeskive.

Trinn 4: Output Driver Arduino

Utgangsdriveren Arduino styrer utgangskretskortene for å drive elektrodene basert på den serielle inngangen fra rammegeneratoren Arduino. Vær oppmerksom på at halvparten av utgangene er plugget inn som et invertert bilde av de andre, så utgangsdriverkoden er litt rar å ta hensyn til dette.

Trinn 5: Rammegenerator Arduino

Rammegeneratoren Arduino tar data fra den posisjonsfølende hansken og akselerometeret og konverterer dem til utdataramdataene som til slutt vil kontrollere tungen. Rammegeneratoren Arduino har også VMA203 tastatur/knappmodul koblet til den, og styrer enhetens brukergrensesnitt. Driverkoden i rammegeneratoren Arduino er full av magiske tall (bokstavelige verdier brukt uten forklaring i koden) basert på utgangene til de enkelte flex -sensorene - som varierer mye - og akselerometeret.

Trinn 6: Sensormultiplexerkrets

Jeg har flere analoge sensorer enn analoge innganger, så jeg trengte å bruke en multiplexer.

Trinn 7: Utgangsdriverkrets

Vedlagt her som en.pdf fordi Instructables ellers vil komprimere den så mye at den blir uleselig.

Trinn 8: Systemoppsett

Merk: Både BrainPort- og PoNS -enhetene aktiverer flere elektroder samtidig. Som kablet og kodet her, aktiverer denne enheten bare én elektrode om gangen. Hvert kretskort har separate linjer for valg av chip og utgang, så dette designet kan settes opp for å aktivere flere elektroder samtidig, jeg har bare ikke koblet det til det.

Trinn 9: Klargjøring av Flex Sensor -hansken

Flex -sensorenes pinner er veldig skjøre og rives lett av. Fleksensors eksponerte overflate er også utsatt for kortslutning. Jeg loddet ledninger til flex-sensorene og omgav deretter kryssene helt med varmt lim for å beskytte dem mot skade. Flekssensorene ble deretter festet til en hanske med midten av hver sensor plassert over knoken hvis bøyning skulle måles. Den kommersielle versjonen av dette selges naturligvis for mer enn $ 10 000.

Trinn 10: Fysisk samling

Fordi de hundre ledningene fra førerkortene til tungeelektrodenettet er så mange, blir de relativt ufleksible som et aggregat. For å trene balansen med denne enheten må du kunne bevege hodet fritt mens tungeelektrodegitteret holdes på plass på tungen. Av disse grunnene var det mest fornuftig å montere driverkortene på en hjelm.