Neurostimolatore translinguale: 10 passaggi

2024 Autore: John Day | [email protected]. Ultima modifica: 2024-01-30 10:02

Questo progetto è stato commissionato da Mark dalla Nuova Scozia. È costato $ 471,88 in parti e ha richiesto 66,5 ore per la progettazione e la costruzione. Le due foto sopra con la scatola di plastica provengono dalla seconda iterazione (allegata) del dispositivo, commissionata da un collega in Germania.

Se sei come me, la tua prima esposizione a questo dispositivo è stata in articoli di notizie che contenevano immagini di persone cieche che lo usavano per "vedere" un'immagine a bassa risoluzione visualizzandola su una griglia di elettrodi sulla lingua. Il dispositivo ha anche applicazioni in vari tipi di riabilitazione: la variante "BrainPort" può essere utilizzata per trattare i deficit di equilibrio attraverso la sostituzione sensoriale vestibolare e presumibilmente solo l'invio di impulsi attraverso ogni elettrodo di un dispositivo di stimolazione della lingua elettrotattile (in combinazione con esercizi pertinenti, ad es. allenamento per l'equilibrio) può migliorare alcune condizioni neurologiche, il che mi lascia perplesso. Ho anche sentito dire che il dispositivo PoNS (che stimola la lingua ma non invia informazioni attraverso di essa) è pseudoscienza e non fa nulla in termini di miglioramento delle condizioni mediche delle persone. Attualmente non ci sono ricerche sufficienti per dire con certezza che il dispositivo PoNS sia utile per qualsiasi cosa, e i documenti che affermano l'efficacia del dispositivo PoNS e altri simili sono stati finanziati dai produttori del dispositivo, il che è tutti i tipi di sospetto a causa del conflitti di interesse intrinseci. Io, quicksilv3rflash, non faccio affermazioni sull'efficacia medica di questo dispositivo, ecco come costruirlo se lo desideri.

Ad ogni modo, come sempre accade per i miei progetti di cloni di hardware medico, il manuale per la versione commerciale che ho trovato elenca un prezzo assurdamente alto - più di $ 5000 USD, eccessivamente alto dato il costo effettivo delle parti ($ 471,88 USD a partire dal 2018-09 -14). Esistono molti diversi design commerciali di questa tecnologia, con risoluzioni di rete variabili e specifiche di uscita massime (ho visto massimi di tensione di uscita che vanno da 19 V a 50 V, l'uscita viene quindi instradata attraverso un resistore di circa 1 kOhm e un condensatore di blocco CC da 0,1 uF). Questa non è una copia esatta di una qualsiasi versione commerciale; è progettato per emulare diversi design commerciali e ha una modalità completamente nuova (addestramento alla destrezza) su richiesta del commissario.

Passaggio 1: modalità di uscita

Il dispositivo qui descritto ha tre modalità di uscita:

1. Emulatore di equilibrio BrainPort

Il BrainPort è stato sviluppato sulla base della precedente Tongue Display Unit (TDU). Per l'equilibrio dell'allenamento, BrainPort viene utilizzato per visualizzare un modello 2x2 su una griglia di elettrodi lingua 10x10. Il modello sulla griglia dell'elettrodo a lingua agisce in qualche modo come se fosse un oggetto fisico mosso dalla gravità; rimane al centro della griglia se la testa dell'utente è tenuta dritta. Se l'utilizzatore si piega in avanti, il disegno si sposta verso la parte anteriore della lingua dell'utilizzatore, e se l'utilizzatore si piega a destra, il disegno si sposta verso il lato destro della lingua dell'utilizzatore. Lo stesso vale per l'inclinazione a sinistra o all'indietro (il motivo si sposterà dal centro della griglia verso la sinistra o la parte posteriore della lingua dell'utente).

2. Emulatore PoNS

A differenza di BrainPort o Tongue Display Unit, l'uscita PoNS non trasporta alcuna informazione e non può essere modulata da un segnale esterno. Per parafrasare l'articolo nel link precedente, dopo che i ricercatori hanno scoperto che l'allenamento dell'equilibrio con BrainPort ha migliorato le prestazioni anche per mesi dopo che il dispositivo è stato rimosso dalla bocca, hanno sospettato che la stessa stimolazione elettrotattile potesse in qualche modo facilitare la neuroriabilitazione, anche senza che le informazioni venissero trasmesse. il display della lingua. La prima versione del dispositivo PoNS aveva una griglia di elettrodi quadrati come il dispositivo qui descritto, ma vale la pena notare che le versioni successive (a partire dalla versione 2 nel 2011) del dispositivo PoNS non hanno una griglia di elettrodi di uscita quadrata, utilizzando piuttosto una vaga mezzaluna -uno a forma di luna che si adatta lungo la parte anteriore della lingua e ha 144 elettrodi. Si prega di notare che l'autore di questo Instructable non può affermare con sicurezza che il dispositivo PoNS fa effettivamente qualcosa di utile.

3. Modalità Destrezza

Specificamente richiesta dal commissario, la modalità destrezza segue la flessione della prima e della seconda nocca di ogni dito della mano destra. Dieci elettrodi attivi vengono visualizzati lungo la parte anteriore della lingua se la mano non è flessa, ogni elettrodo attivo corrisponde a un'articolazione. Quando le articolazioni vengono flesse, i corrispondenti elettrodi attivi si spostano dalla parte anteriore a quella posteriore della lingua, fornendo un feedback elettrotattile che descrive la posizione della mano dell'utente.

Passaggio 2: elenco delle parti

[Costo totale: $ 471.88 USD a partire dal 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 cavi a nastro femmina-femmina, 40 fili/cavo

5x circuiti stampati a griglia con elettrodi a linguetta

5x schede di circuiti driver di uscita

2x Arduino uno

2x XL6009 moduli boost

1x supporto 6AA

1x clip per batteria da 9 V

1x interruttore di alimentazione

1x tastiera/schermo VMA203

1x accelerometro, modulo ADXL335

10x sensori Flex, simbolo spettri flex 2,2"

50 piedi. Cavo 24 AWG

2x guanti (venduti solo in coppia)

Passaggio 3: circuiti stampati

Ho ordinato circuiti stampati tramite Seeed Studio FusionPCB. I file.zip inclusi in questo passaggio sono i file gerber richiesti. Le schede driver possono essere realizzate con le impostazioni predefinite di Seeed, ma la griglia dell'elettrodo della linguetta richiede una maggiore precisione (spazio di 5/5 mil) e placcatura in oro (ENIG - anche se potresti ottenere oro duro invece se vuoi che durino più a lungo, e se hai $200 in più). Ho anche fatto fabbricare la griglia dell'elettrodo della lingua con l'opzione del circuito più sottile, 0,6 mm, che lo rende leggermente flessibile.

A causa dell'alto costo dei circuiti stampati in poliimmide flessibile, abbiamo deciso di utilizzare una scheda rigida per questo prototipo. Gli altri che leggono queste istruzioni che desiderano che questo dispositivo sia fabbricato su poliimmide dovrebbero tenere a mente che la precisione richiesta è 5mil tracce / 5mil clearance, che Seeedstudio non fornirà in flex PCB. Puoi -probabilmente- farla franca con il processo da 6mil/6mil che Seeed usa per la poliimmide, ma aspettati che alcune delle schede siano difettose, ed esaminale/testale tutte. Inoltre, una serie di schede in poliimmide flessibile costa circa $ 320, l'ultima volta che ho controllato.

Dopo aver ricevuto le schede degli elettrodi della lingua, dovrai tagliare il materiale in eccesso. Ho usato un clone di Dremel con un disco da taglio abrasivo.

Passaggio 4: driver di uscita Arduino

Il driver di uscita Arduino controlla i circuiti di uscita per pilotare gli elettrodi in base all'ingresso seriale dal generatore di frame Arduino. Nota che metà delle uscite sono collegate come un'immagine invertita delle altre, quindi il codice del driver di uscita è un po' strano da tenere in considerazione.

Passaggio 5: generatore di frame Arduino

Il generatore di frame Arduino prende i dati dal guanto di rilevamento della posizione e dall'accelerometro e li converte nei dati del frame di output che alla fine controlleranno il display della lingua. Il generatore di frame Arduino ha anche il modulo tastiera/pulsante VMA203 collegato e controlla l'interfaccia utente del dispositivo. Il codice del driver all'interno del generatore di frame Arduino è pieno di numeri magici (valori letterali usati senza spiegazione nel codice) basati sulle uscite dei singoli sensori flessibili, che variano ampiamente, e sull'accelerometro.

Passaggio 6: circuito multiplexer del sensore

Ho più sensori analogici che ingressi analogici, quindi avevo bisogno di usare un multiplexer.

Passaggio 7: circuito del driver di uscita

In allegato qui come.pdf perché altrimenti Instructables lo comprimerà così tanto che diventa illeggibile.

Passaggio 8: layout del sistema

Nota: entrambi i dispositivi BrainPort e PoNS attivano più elettrodi contemporaneamente. Come cablato e codificato qui, questo dispositivo attiva solo un elettrodo alla volta. Ogni scheda di uscita ha linee separate per la selezione del chip e l'abilitazione dell'uscita, quindi questo design _può_ essere impostato per attivare più elettrodi contemporaneamente, semplicemente non l'ho cablato per farlo.

Passaggio 9: preparazione del guanto Flex Sensor

I pin dei sensori di flessione sono molto fragili e si strappano facilmente. Anche la superficie esposta dei sensori flessibili è soggetta a cortocircuiti. Ho saldato i fili ai sensori flessibili e poi ho circondato completamente le giunzioni con della colla a caldo per proteggerli dai danni. I sensori di flessione sono stati quindi fissati a un guanto con il centro di ciascun sensore posizionato sulla nocca la cui flessione doveva essere misurata. Naturalmente, la versione commerciale di questo è venduta per più di $ 10.000.

Passaggio 10: assemblaggio fisico

Poiché i cento fili dai circuiti del driver alla griglia dell'elettrodo della lingua sono così numerosi, diventano relativamente rigidi come aggregato. Per allenare l'equilibrio con questo dispositivo è necessario essere in grado di muovere la testa liberamente mantenendo la griglia dell'elettrodo della lingua in posizione sulla lingua. Per questi motivi, aveva più senso montare i circuiti del driver su un casco.