เครื่องกระตุ้นประสาทข้ามภาษา: 10 ขั้นตอน

2024 ผู้เขียน: John Day | [email protected]. แก้ไขล่าสุด: 2024-01-30 13:05

โครงการนี้ได้รับมอบหมายจาก Mark จากโนวาสโกเชีย มีค่าใช้จ่าย 471.88 ดอลลาร์สำหรับชิ้นส่วน และใช้เวลา 66.5 ชั่วโมงในการออกแบบและสร้าง รูปถ่ายสองรูปด้านบนพร้อมกล่องพลาสติกมาจากการทำซ้ำครั้งที่สอง (ที่แนบมา) ของอุปกรณ์ ซึ่งได้รับมอบหมายจากเพื่อนในเยอรมนี

หากคุณเป็นเหมือนฉัน การสัมผัสอุปกรณ์นี้ครั้งแรกของคุณอยู่ในบทความข่าวที่มีภาพคนตาบอดใช้อุปกรณ์ดังกล่าวเพื่อ "ดู" ภาพความละเอียดต่ำโดยแสดงบนกริดอิเล็กโทรดบนลิ้นของพวกเขา อุปกรณ์ยังมีการใช้งานในการฟื้นฟูประเภทต่างๆ -- ตัวแปร "BrainPort" สามารถใช้ในการรักษาภาวะขาดดุลผ่านการทดแทนประสาทสัมผัสของขนถ่าย และกล่าวหาว่าเพียงแค่ส่งพัลส์ผ่านอิเล็กโทรดของอุปกรณ์กระตุ้นลิ้นด้วยไฟฟ้า (รวมกับการออกกำลังกายที่เกี่ยวข้องเช่น การฝึกการทรงตัว) สามารถปรับปรุงสภาพทางระบบประสาทบางอย่างซึ่งทำให้ฉันงง ฉันยังได้ยินรายงานบางฉบับว่าอุปกรณ์ PoNS (ซึ่งกระตุ้นลิ้นแต่ไม่ส่งข้อมูลใดๆ ผ่านมัน) เป็นวิทยาศาสตร์เทียม และไม่ทำอะไรเลยในแง่ของการปรับปรุงสภาพทางการแพทย์ของผู้คน ขณะนี้ยังไม่มีการวิจัยเพียงพอที่จะกล่าวได้อย่างมั่นใจว่าอุปกรณ์ PoNS มีประโยชน์สำหรับทุกสิ่ง และเอกสารที่อ้างว่ามีประสิทธิผลของอุปกรณ์ PoNS และอื่นๆ เช่น ได้รับทุนจากผู้ผลิตอุปกรณ์ ซึ่งน่าสงสัยทุกประเภทเนื่องจาก ความขัดแย้งทางผลประโยชน์โดยธรรมชาติ ฉัน quicksilv3rflash ไม่ได้กล่าวอ้างใด ๆ เกี่ยวกับประสิทธิภาพทางการแพทย์ของอุปกรณ์นี้ นี่เป็นเพียงวิธีสร้างอุปกรณ์หากคุณต้องการ

อย่างไรก็ตาม เช่นเดียวกับกรณีของโครงการโคลนฮาร์ดแวร์ทางการแพทย์ของฉัน คู่มือสำหรับเวอร์ชันเชิงพาณิชย์ที่ฉันพบว่ามีราคาสูงอย่างเหลือเชื่อ มากกว่า $5,000 USD ซึ่งสูงเกินไปเมื่อพิจารณาจากต้นทุนจริงของชิ้นส่วน (471.88 USD ณ ปี 2018-09) -14). เทคโนโลยีนี้มีการออกแบบเชิงพาณิชย์ที่แตกต่างกันมากมาย โดยมีความละเอียดของกริดที่แตกต่างกันและข้อกำหนดเอาต์พุตสูงสุด (ฉันเห็นแรงดันเอาต์พุตสูงสุดตั้งแต่ 19v ถึง 50v จากนั้นเอาต์พุตจะถูกส่งผ่านตัวต้านทานประมาณ 1kOhm และตัวเก็บประจุแบบบล็อก DC 0.1uF) นี่ไม่ใช่สำเนาที่ถูกต้องของเวอร์ชันเชิงพาณิชย์ฉบับใดฉบับหนึ่ง มันถูกออกแบบมาเพื่อเลียนแบบการออกแบบเชิงพาณิชย์ที่แตกต่างกันหลายแบบ และมีโหมดใหม่ทั้งหมด (การฝึกความชำนาญ) ตามคำขอของผู้บัญชาการ

ขั้นตอนที่ 1: โหมดเอาต์พุต

อุปกรณ์ที่อธิบายไว้ที่นี่มีโหมดเอาต์พุตสามโหมด:

1. โปรแกรมจำลองความสมดุล BrainPort

BrainPort ได้รับการพัฒนาโดยใช้ Tongue Display Unit (TDU) รุ่นก่อนหน้า สำหรับการฝึกสมดุล BrainPort จะใช้เพื่อแสดงรูปแบบ 2x2 บนกริดอิเล็กโทรดลิ้นขนาด 10x10 ลวดลายบนกริดอิเล็กโทรดของลิ้นทำหน้าที่เสมือนว่ามันเป็นวัตถุทางกายภาพที่เคลื่อนที่ด้วยแรงโน้มถ่วง โดยจะอยู่ตรงกลางของกริดหากศีรษะของผู้ใช้ตั้งตรง หากผู้ใช้โน้มตัวไปข้างหน้า รูปแบบจะเคลื่อนไปทางด้านหน้าของลิ้นของผู้ใช้ และหากผู้ใช้เอนตัวไปทางขวา รูปแบบนั้นจะเคลื่อนไปทางด้านขวาของลิ้นของผู้ใช้ เช่นเดียวกับการเอนซ้ายหรือหลัง (รูปแบบจะย้ายจากจุดศูนย์กลางของตารางไปทางซ้ายหรือด้านหลังของลิ้นของผู้ใช้)

2. โปรแกรมจำลอง PoNS

ไม่เหมือนกับ BrainPort หรือ Tongue Display Unit เอาต์พุต PoNS ไม่มีข้อมูลใดๆ และไม่สามารถมอดูเลตด้วยสัญญาณภายนอกได้ ในการถอดความบทความในลิงก์ก่อนหน้า หลังจากที่นักวิจัยพบว่าการฝึกการทรงตัวด้วย BrainPort นั้นช่วยปรับปรุงประสิทธิภาพแม้เป็นเวลาหลายเดือนหลังจากที่อุปกรณ์ถูกถอดออกจากปาก พวกเขาสงสัยว่าการกระตุ้นด้วยไฟฟ้าเองสามารถอำนวยความสะดวกในการฟื้นฟูระบบประสาท แม้จะไม่มีการป้อนข้อมูล ลิ้นแสดง รุ่นแรกของอุปกรณ์ PoNS มีตารางอิเล็กโทรดสี่เหลี่ยมจัตุรัสเหมือนอุปกรณ์ที่อธิบายไว้ที่นี่ แต่น่าสังเกตว่าอุปกรณ์ PoNS รุ่นต่อๆ มา (เริ่มตั้งแต่เวอร์ชัน 2 ในปี 2011) ไม่มีกริดอิเล็กโทรดเอาต์พุตสี่เหลี่ยม โดยใช้รูปพระจันทร์เสี้ยวที่ค่อนข้างคลุมเครือ -รูปพระจันทร์ที่พอดีกับด้านหน้าของลิ้นและมีอิเล็กโทรด 144 อิเล็กโทรด โปรดทราบว่าผู้เขียนคำแนะนำนี้ไม่สามารถระบุด้วยความมั่นใจว่าอุปกรณ์ PoNS ทำอะไรที่เป็นประโยชน์ได้จริง

3. โหมดความชำนาญ

ผู้บัญชาการร้องขอโดยเฉพาะ โหมดความชำนาญจะติดตามการงอของนิ้วที่หนึ่งและสองของแต่ละนิ้วทางขวามือ อิเล็กโทรดแบบแอคทีฟ 10 อันจะแสดงที่ด้านหน้าของลิ้นถ้ามือไม่งอ อิเล็กโทรดแอคทีฟแต่ละอันจะสัมพันธ์กับข้อต่อ เมื่อข้อต่องอ อิเล็กโทรดแอกทีฟที่เกี่ยวข้องจะเคลื่อนจากด้านหน้าไปด้านหลังลิ้น ให้การตอบสนองทางไฟฟ้าที่อธิบายตำแหน่งมือของผู้ใช้

ขั้นตอนที่ 2: รายการชิ้นส่วน

[ค่าใช้จ่ายทั้งหมด: 471.88 เหรียญสหรัฐ ณ วันที่ 2018-09-14]

10x 47K โอห์ม 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 สายริบบิ้นแบบหญิงต่อหญิง, 40 สาย/สาย

5x แผงวงจรกริดอิเล็กโทรดลิ้น

5x แผงวงจรขับเอาต์พุต

2x Arduino uno

2x XL6009 Boost โมดูล

1x 6AA ผู้ถือ

คลิปแบตเตอรี่ 1x 9v

1x สวิตช์ไฟ

1x VMA203 ปุ่มกด/หน้าจอ

1x มาตรความเร่ง, โมดูล ADXL335

เซนเซอร์แบบยืดหยุ่น 10x, สัญลักษณ์สเปกตรัม flex 2.2"

50 ฟุต สาย 24 AWG

2x ถุงมือ (ขายเป็นคู่เท่านั้น)

ขั้นตอนที่ 3: แผงวงจร

ฉันสั่งแผงวงจรผ่าน Seeed Studio FusionPCB ไฟล์.zip ที่รวมอยู่ในขั้นตอนนี้คือไฟล์เกอร์เบอร์ที่จำเป็น แผงไดรเวอร์สามารถทำได้โดยใช้การตั้งค่าเริ่มต้นของ Seeed แต่กริดอิเล็กโทรดลิ้นต้องมีความแม่นยำสูงกว่า (ระยะห่าง 5/5 mil) และการชุบทอง (ENIG - แม้ว่าคุณจะได้รับทองคำแบบแข็งแทนหากคุณต้องการให้ใช้งานได้นานขึ้น และถ้า คุณมีเพิ่มอีก $200) ฉันยังได้รับกริดอิเล็กโทรดลิ้นที่ประดิษฐ์ด้วยตัวเลือกแผงวงจรที่บางที่สุด 0.6 มม. ซึ่งทำให้มีความยืดหยุ่นเล็กน้อย

เนื่องจากแผงวงจรโพลีอิไมด์แบบยืดหยุ่นมีราคาสูง เราจึงเลือกใช้บอร์ดแบบแข็งสำหรับต้นแบบนี้ คนอื่น ๆ ที่อ่านคำแนะนำเหล่านี้ที่ต้องการให้อุปกรณ์นี้ประดิษฐ์ขึ้นบน polyimide ควรคำนึงถึงความแม่นยำที่ต้องการคือ 5mil traces / 5mil clearance ซึ่ง Seeedstudio จะไม่ให้ใน flex PCB คุณสามารถ - อาจจะ- หนีไปด้วยการประดิษฐ์มันขึ้นมาบนกระบวนการ 6mil/6mil Seeed ใช้สำหรับโพลิอิไมด์ แต่คาดว่าบอร์ดบางอันจะมีข้อบกพร่อง และตรวจสอบ / ทดสอบแต่ละอัน นอกจากนี้ การใช้งานแผ่นโพลีอิไมด์ที่ยืดหยุ่นได้นั้นมีราคาประมาณ 320 ดอลลาร์ ครั้งล่าสุดที่ฉันตรวจสอบ

หลังจากได้รับแผงอิเล็กโทรดลิ้นแล้ว คุณจะต้องตัดวัสดุส่วนเกินออก ฉันใช้โคลนเดรเมลกับแผ่นตัดที่มีฤทธิ์กัดกร่อน

ขั้นตอนที่ 4: ไดรเวอร์เอาท์พุต Arduino

ไดรเวอร์เอาต์พุต Arduino ควบคุมแผงวงจรเอาต์พุตเพื่อขับเคลื่อนอิเล็กโทรดตามอินพุตอนุกรมจาก Arduino ตัวสร้างเฟรม โปรดทราบว่าครึ่งหนึ่งของเอาต์พุตถูกเสียบเป็นรูปภาพกลับด้านของอีกอัน ดังนั้นโค้ดไดรเวอร์เอาต์พุตจึงแปลกเล็กน้อยที่จะนำมาพิจารณา

ขั้นตอนที่ 5: ตัวสร้างเฟรม Arduino

ตัวสร้างเฟรม Arduino ใช้ข้อมูลจากถุงมือตรวจจับตำแหน่งและมาตรความเร่ง และแปลงเป็นข้อมูลเฟรมเอาต์พุตซึ่งจะควบคุมการแสดงลิ้นในท้ายที่สุด ตัวสร้างเฟรม Arduino ยังมีโมดูลปุ่มกด/ปุ่ม VMA203 ที่เสียบอยู่ และควบคุมส่วนต่อประสานผู้ใช้ของอุปกรณ์ รหัสไดรเวอร์ภายในตัวสร้างเฟรม Arduino เต็มไปด้วยตัวเลขมหัศจรรย์ (ค่าตัวอักษรที่ใช้โดยไม่มีคำอธิบายในรหัส) ตามผลลัพธ์ของเซ็นเซอร์แบบยืดหยุ่นแต่ละตัว - ซึ่งแตกต่างกันอย่างมาก - และมาตรความเร่ง

ขั้นตอนที่ 6: วงจรเซ็นเซอร์มัลติเพล็กเซอร์

ฉันมีเซ็นเซอร์แอนะล็อกมากกว่าอินพุตแบบแอนะล็อก ดังนั้นฉันจึงต้องใช้มัลติเพล็กเซอร์

ขั้นตอนที่ 7: วงจรขับเอาต์พุต

แนบมาในรูปแบบ.pdf เพราะไม่เช่นนั้น Instructables จะบีบอัดไฟล์จนอ่านไม่ออก

ขั้นตอนที่ 8: เค้าโครงระบบ

หมายเหตุ: ทั้งอุปกรณ์ BrainPort และ PoNS เปิดใช้งานอิเล็กโทรดหลายตัวพร้อมกัน ตามแบบมีสายและเข้ารหัสไว้ที่นี่ อุปกรณ์นี้จะเปิดใช้งานอิเล็กโทรดครั้งละหนึ่งอิเล็กโทรดเท่านั้น แผงวงจรเอาท์พุตแต่ละตัวมีการเลือกชิปแยกและสายเปิดใช้งานเอาต์พุต ดังนั้นการออกแบบ _can_ นี้จึงถูกตั้งค่าให้เปิดใช้งานอิเล็กโทรดหลายตัวในคราวเดียว ฉันไม่ได้ต่อสายให้ทำเช่นนั้น

ขั้นตอนที่ 9: การเตรียม Flex Sensor Glove

หมุดของเซ็นเซอร์แบบยืดหยุ่นนั้นบอบบางมากและฉีกขาดได้ง่าย พื้นผิวที่เปิดเผยของเซ็นเซอร์แบบยืดหยุ่นนั้นไวต่อการลัดวงจรเช่นกัน ฉันบัดกรีสายไฟเข้ากับเซ็นเซอร์แบบยืดหยุ่น จากนั้นจึงปิดรอยต่อให้แน่นด้วยกาวร้อนเพื่อป้องกันไม่ให้เกิดความเสียหาย จากนั้นจึงติดเซ็นเซอร์แบบยืดหยุ่นเข้ากับถุงมือโดยให้ตรงกลางของเซ็นเซอร์แต่ละตัววางอยู่บนข้อนิ้วที่จะวัดการงอ โดยปกติ รุ่นเชิงพาณิชย์ของรุ่นนี้ขายได้มากกว่า 10, 000 เหรียญ

ขั้นตอนที่ 10: การประกอบทางกายภาพ

เนื่องจากสายไฟนับร้อยจากแผงวงจรไดรเวอร์ไปยังกริดอิเล็กโทรดลิ้นมีมากมาย พวกมันจึงค่อนข้างไม่ยืดหยุ่นเมื่อรวมเข้าด้วยกัน ในการฝึกฝนการทรงตัวด้วยอุปกรณ์นี้ คุณจะต้องสามารถขยับศีรษะของคุณได้อย่างอิสระในขณะที่รักษากริดอิเล็กโทรดลิ้นให้เข้าที่ บนลิ้น ด้วยเหตุผลเหล่านี้ การติดตั้งแผงวงจรไดรเวอร์เข้ากับหมวกนิรภัยจึงเหมาะสมที่สุด