Neuroestimulador translingüe: 10 passos

2024 Autora: John Day | [email protected]. Última modificació: 2024-01-30 08:14

Aquest projecte va ser encarregat per Mark de Nova Escòcia. Va costar 471,88 dòlars EUA en peces i va trigar 66,5 hores a dissenyar-se i construir-la. Les dues fotos anteriors amb la caixa de plàstic provenen de la segona iteració (inclosa) del dispositiu, per encàrrec d’un company d’Alemanya.

Si sou com jo, la vostra primera exposició a aquest dispositiu va ser en articles de notícies que contenien fotografies de persones cegues que l'utilitzaven per "veure" una imatge de baixa resolució mostrant-la en una xarxa d'elèctrodes a la llengua. El dispositiu també té aplicacions en diversos tipus de rehabilitació: la variant "BrainPort" es pot utilitzar per tractar els dèficits d'equilibri mitjançant la substitució sensorial vestibular i suposadament només envia polsos a través de tots els elèctrodes d'un dispositiu d'estimulació de la llengua electrotàctil (combinat amb exercicis rellevants, per exemple, entrenament de l’equilibri) pot millorar algunes condicions neurològiques, cosa que em desconcerta. També he escoltat alguns informes que el dispositiu PoNS (que estimula la llengua però no envia cap informació a través d’ella) és pseudociència i no fa res en termes de millora de les condicions mèdiques de les persones. Actualment no hi ha prou investigació per dir amb certesa que el dispositiu PoNS és útil per a qualsevol cosa i que els treballs que afirmen l’eficàcia del dispositiu PoNS i d’altres semblants van ser finançats pels fabricants de dispositius, cosa que és sospitosa a causa de conflictes d’interessos inherents. Jo, quicksilv3rflash, no dic cap afirmació sobre l’eficàcia mèdica d’aquest dispositiu, és la manera de construir-lo si voleu.

De totes maneres, com sempre és el cas dels meus projectes de clonació de maquinari mèdic, el manual de la versió comercial que he trobat mostra un preu absurdament alt: més de 5.000 dòlars americans, excessivament alt tenint en compte el cost real de les peces (471,88 dòlars a partir del 2018-09 -14). Hi ha molts dissenys comercials diferents d’aquesta tecnologia, amb diferents resolucions de xarxa i especificacions màximes de sortida (vaig veure un voltatge màxim de sortida que oscil·lava entre 19v i 50v, la sortida s’encaminava a través d’una resistència d’aproximadament 1kOhm i un condensador de bloqueig de CC de 0,1uF). Aquesta no és una còpia exacta de cap versió comercial; està dissenyat per emular diversos dissenys comercials diferents i té un mode completament nou (formació en destresa) a petició del comissari.

Pas 1: modes de sortida

El dispositiu descrit aquí té tres modes de sortida:

1. Emulador d'equilibri BrainPort

El BrainPort es va desenvolupar basant-se en l'antiga unitat de visualització de la llengua (TDU). Per a l’equilibri d’entrenament, el BrainPort s’utilitza per mostrar un patró de 2x2 en una xarxa d’elèctrodes de 10x10. El patró de la xarxa d’elèctrodes de la llengua actua una mica com si es tractés d’un objecte físic mogut per la gravetat; es queda al centre de la quadrícula si el cap de l'usuari es manté recte. Si l'usuari s'inclina cap endavant, el patró es mou cap a la part frontal de la llengua de l'usuari i, si l'usuari s'inclina cap a la dreta, el patró es mou cap al costat dret de la llengua de l'usuari. El mateix val per inclinar-se cap a l'esquerra o cap enrere (el patró es mourà des del centre de la quadrícula cap a l'esquerra o cap enrere de la llengua de l'usuari).

2. Emulador PoNS

A diferència de BrainPort o Tongue Display Unit, la sortida PoNS no porta cap informació i no es pot modular mitjançant un senyal extern. Parafrasejant el document a l’enllaç anterior, després que els investigadors trobessin que l’entrenament de l’equilibri amb el BrainPort millorés el rendiment fins i tot durant mesos després de retirar el dispositiu de la boca, sospitaven que l’estimulació electrotàctil en si mateixa podria facilitar la neurorehabilitació, fins i tot sense que s’informés de la informació la pantalla de la llengua. La primera versió del dispositiu PoNS tenia una quadrícula d’elèctrodes quadrats com el que es descriu aquí, però val la pena assenyalar que les versions posteriors (a partir de la versió 2 el 2011) del dispositiu PoNS no tenen una quadrícula d’elèctrodes de sortida quadrada, utilitzant més aviat una mitja lluna -una de lluna que s'adapta al llarg de la part frontal de la llengua i té 144 elèctrodes. Tingueu en compte que l’autor d’aquest Instructable no pot afirmar amb seguretat que el dispositiu PoNS realment fa alguna cosa útil.

3. Mode destresa

Sol·licitat específicament pel comissari, el mode de destresa fa un seguiment de la flexió del primer i segon artells de cada dit a la mà dreta. Es mostren deu elèctrodes actius al llarg de la part frontal de la llengua si la mà no està flexionada, cada elèctrode actiu correspon a una articulació. A mesura que les articulacions es flexionen, els elèctrodes actius corresponents es mouen des de la part frontal cap a la part posterior de la llengua, proporcionant una retroalimentació electrotàctil que descriu la posició de la mà de l'usuari.

Pas 2: llista de peces

[Cost total: 471,88 USD a partir del 14-09-2018]

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 cables de cinta femella a femella, 40 cables / cable

5x plaques de circuits de xarxa elèctrodes de llengua

Taules de circuits de controladors de sortida 5x

2x Arduino uno

2x mòduls Boost XL6009

1x 6AA titular

1x clip de bateria de 9v

1x interruptor d’alimentació

1 teclat / pantalla VMA203

1x acceleròmetre, mòdul ADXL335

Sensors Flex 10x, símbol d'espectre flex 2,2"

50 peus. Filferro de 24 AWG

2x guants (només es venen per parelles)

Pas 3: plaques de circuit

Vaig demanar plaques de circuits a través de Seeed Studio FusionPCB. Els fitxers.zip inclosos en aquest pas són els fitxers gerber necessaris. Les plaques de control es poden fer amb els paràmetres predeterminats de Seeed, però la xarxa d’elèctrodes de llengües requereix una precisió més alta (5/5 milers d’espai) i recobriment d’or (ENIG, tot i que podeu obtenir or dur si voleu que durin més i si teniu 200 $ addicionals). També he aconseguit fabricar la xarxa d’elèctrodes de la llengua amb l’opció de placa de circuit més fina, de 0,6 mm, que la fa lleugerament flexible.

A causa de l’elevat cost de les plaques de circuits flexibles de poliimida, vam optar per utilitzar una placa rígida per a aquest prototip. Els altres que llegeixin aquestes instruccions i que vulguin fabricar aquest dispositiu en poliimida haurien de tenir en compte que la precisió requerida és de 5 mil traces / 5 mil quilòmetres d’espai, que Seeedstudio no proporcionarà al PCB flexible. Probablement, podeu evitar que es fabriqui en el procés de 6mil / 6mil que Seeed utilitza per a la poliimida, però espereu que alguns dels taulers siguin defectuosos i examinar-los / provar-los. A més, una sèrie de taulers de poliimida flexibles costa uns 320 dòlars, l'últim que vaig comprovar.

Després de rebre les taules d'elèctrodes de la llengua, haureu de tallar l'excés de material. He utilitzat un clon de dremel amb un disc de tall abrasiu.

Pas 4: controlador de sortida Arduino

El controlador de sortida Arduino controla les plaques de circuits de sortida per accionar els elèctrodes basant-se en l’entrada serial del generador de trames Arduino. Tingueu en compte que la meitat de les sortides es connecten com una imatge invertida de les altres, de manera que el codi del controlador de sortida és una mica estrany per tenir-ho en compte.

Pas 5: generador de quadres Arduino

El generador de trames Arduino pren dades del guant de detecció de posició i de l’acceleròmetre i les converteix en dades de trames de sortida que controlaran finalment la visualització de la llengua. El generador de trames Arduino també té connectat el mòdul de teclat / botó VMA203 i controla la interfície d'usuari del dispositiu. El codi del controlador dins del generador de trames Arduino està ple de números màgics (valors literals que s’utilitzen sense explicació al codi) basats en les sortides dels diferents sensors flexibles (que varien àmpliament) i l’acceleròmetre.

Pas 6: Circuit de multiplexor de sensors

Tinc més sensors analògics que entrades analògiques, així que necessitava utilitzar un multiplexor.

Pas 7: Circuit del controlador de sortida

S'adjunta aquí com a.pdf, perquè en cas contrari, Instructables el comprimeix tant i es fa il·legible.

Pas 8: Disseny del sistema

Nota: Tant els dispositius BrainPort com PoNS activen múltiples elèctrodes simultàniament. Tal com està connectat i codificat aquí, aquest dispositiu només activa un elèctrode a la vegada. Cada placa de circuit de sortida té línies d'activació i selecció de xips separades, de manera que aquest disseny es pot configurar per activar diversos elèctrodes alhora, simplement no l'he connectat per fer-ho.

Pas 9: Preparació del guant del sensor Flex

Els pins dels sensors flexibles són molt fràgils i es poden arrencar fàcilment. La superfície exposada dels sensors flexibles també és susceptible a curtcircuits. Vaig soldar cables als sensors flex i després vaig envoltar completament les unions amb cola calenta per protegir-los del dany. Els sensors de flexió es van unir a un guant amb la meitat de cada sensor col·locada a través de l'articulació, la flexió de la qual s'havia de mesurar. Naturalment, la seva versió comercial es ven per més de 10.000 dòlars.

Pas 10: Muntatge físic

Com que el centenar de cables de les plaques de circuits del conductor a la xarxa d’elèctrodes de la llengua són tan nombrosos, es tornen relativament inflexibles com a agregats. Per entrenar l’equilibri amb aquest dispositiu, heu de poder moure el cap lliurement mantenint la xarxa d’elèctrodes de la llengua al seu lloc. a la llengua. Per aquestes raons, tenia molt de sentit muntar les plaques de circuit del controlador al casc.