Neuroestimulador translingual: 10 etapas

2024 Autor: John Day | [email protected]. Última modificação: 2024-01-30 11:37

Este projeto foi encomendado por Mark da Nova Scotia. Custou US $ 471,88 em peças e levou 66,5 horas para projetar e construir. As duas fotos acima com a caixa de plástico são da segunda iteração (inclusa) do dispositivo, encomendada por um colega na Alemanha.

Se você é como eu, sua primeira exposição a este dispositivo foi em artigos de notícias que tinham fotos de pessoas cegas usando-o para "ver" uma imagem de baixa resolução exibindo-a em uma grade de eletrodo em sua língua. O dispositivo também tem aplicações em vários tipos de reabilitação - a variante "BrainPort" pode ser usada para tratar déficits de equilíbrio por meio da substituição sensorial vestibular e, supostamente, apenas enviar pulsos através de cada eletrodo de um dispositivo de estimulação eletrotátil da língua (combinado com exercícios relevantes, por exemplo, treinamento de equilíbrio) pode melhorar algumas condições neurológicas, o que me intriga. Também ouvi alguns relatos de que o dispositivo PoNS (que estimula a língua, mas não envia informações por meio dela) é pseudociência e não faz nada em termos de melhoria das condições médicas das pessoas. Atualmente, não há pesquisas suficientes para dizer com certeza que o dispositivo PoNS é útil para alguma coisa, e os documentos que afirmam a eficácia do dispositivo PoNS e outros semelhantes foram financiados pelos fabricantes do dispositivo, o que é todo tipo de suspeita devido ao conflitos de interesse inerentes. Eu, quicksilv3rflash, não faço nenhuma afirmação sobre a eficácia médica deste dispositivo, isto é apenas como construí-lo se você quiser.

De qualquer forma, como sempre é o caso para meus projetos de clone de hardware médico, o manual para a versão comercial que encontrei lista um preço absurdamente alto - mais de $ 5000 USD, excessivamente alto dado o custo real das peças ($ 471,88 USD em 2018-09 -14). Existem muitos projetos comerciais diferentes desta tecnologia, com várias resoluções de grade e especificações de saída máxima (eu vi máximas de tensão de saída variando de 19v a 50v, a saída então sendo roteada através de um resistor de cerca de 1kOhm e um capacitor de bloqueio DC de 0,1uF). Esta não é uma cópia exata de qualquer versão comercial; é projetado para emular vários designs comerciais diferentes e tem um modo completamente novo (treinamento de Destreza) a pedido do comissário.

Etapa 1: modos de saída

O dispositivo descrito aqui tem três modos de saída:

1. Emulador de equilíbrio BrainPort

O BrainPort foi desenvolvido com base na anterior Tongue Display Unit (TDU). Para o equilíbrio do treinamento, o BrainPort é usado para exibir um padrão 2x2 em uma grade de eletrodo de língua 10x10. O padrão na grade do eletrodo da língua age um pouco como se fosse um objeto físico movido pela gravidade; ele permanece no centro da grade se a cabeça do usuário for mantida reta. Se o usuário se inclinar para frente, o padrão se move em direção à frente da língua do usuário, e se o usuário se inclina para a direita, o padrão se move em direção ao lado direito da língua do usuário. O mesmo vale para inclinar-se para a esquerda ou para trás (o padrão se moverá do centro da grade para a esquerda ou para trás da língua do usuário).

2. Emulador PoNS

Ao contrário do BrainPort ou da unidade de exibição de língua, a saída PoNS não carrega nenhuma informação e não pode ser modulada por um sinal externo. Para parafrasear o artigo no link anterior, depois que os pesquisadores descobriram que o treinamento de equilíbrio com o BrainPort melhorou o desempenho mesmo por meses depois que o dispositivo foi removido da boca, eles suspeitaram que a estimulação eletrotátil em si poderia de alguma forma facilitar a neurorreabilitação, mesmo sem informação sendo fornecida a exibição da língua. A primeira versão do dispositivo PoNS tinha uma grade de eletrodo quadrada como o dispositivo descrito aqui, mas é importante notar que as versões subsequentes (começando com a versão 2 em 2011) do dispositivo PoNS não têm uma grade de eletrodo de saída quadrada, usando um vagamente crescente - em forma de lua que se ajusta ao longo da frente da língua e tem 144 eletrodos. Observe que o autor deste Instructable não pode afirmar com confiança que o dispositivo PoNS realmente faz algo útil.

3. Modo de destreza

Solicitado especificamente pelo comissário, o modo de destreza rastreia a flexão da primeira e da segunda juntas de cada dedo da mão direita. Dez eletrodos ativos são exibidos ao longo da frente da língua se a mão não estiver flexionada, cada eletrodo ativo corresponde a uma articulação. Conforme as articulações são flexionadas, os eletrodos ativos correspondentes se movem da frente para trás da língua, fornecendo feedback eletrotátil que descreve a posição da mão do usuário.

Etapa 2: Lista de peças

[Custo total: $ 471,88 USD em 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

3 cabos de fita fêmea para fêmea, 40 fios / cabo

5 placas de circuito de grade de eletrodo de língua

5x placas de circuito do driver de saída

2x Arduino uno

2 módulos de Boost XL6009

1x suporte 6AA

1 clipe de bateria 9v

1x interruptor de energia

1 teclado / tela VMA203

1x acelerômetro, módulo ADXL335

10x sensores Flex, espectro de símbolo flex 2,2"

50 pés Fio 24 AWG

2 luvas (vendidas apenas em pares)

Etapa 3: placas de circuito

Encomendei placas de circuito através do Seeed Studio FusionPCB. Os arquivos.zip incluídos nesta etapa são os arquivos gerber necessários. As placas de driver podem ser feitas com as configurações padrão da Seeed, mas a grade de eletrodo de lingueta requer maior precisão (5/5 mil folga) e revestimento de ouro (ENIG - embora você possa obter ouro duro se quiser que durem mais, e se você tem $ 200 extras). Eu também comprei a grade do eletrodo de lingueta fabricada com a opção de placa de circuito mais fina, 0,6 mm, o que a torna ligeiramente flexível.

Devido ao alto custo das placas de circuito de poliimida flexível, optamos por usar uma placa rígida para este protótipo. Outros lendo estas instruções que desejam ter este dispositivo fabricado em poliimida devem ter em mente que a precisão necessária é de 5mil de traços / 5mil de folga, que a Seeedstudio não fornecerá em PCB flexível. Você pode -provavelmente- safar-se de tê-lo fabricado no processo de 6mil / 6mil. Usos vistos para poliimida, mas espere que algumas das placas estejam com defeito e examine / teste cada uma. Além disso, uma série de placas de poliimida flexível custa cerca de US $ 320, pela última vez que verifiquei.

Depois de receber as placas de eletrodo de lingueta, você precisará cortar o excesso de material. Usei um clone dremel com um disco de corte abrasivo.

Etapa 4: Driver de saída Arduino

O driver de saída Arduino controla as placas de circuito de saída para acionar os eletrodos com base na entrada serial do gerador de quadros Arduino. Observe que metade das saídas são conectadas como uma imagem invertida das outras, então o código do driver de saída é um pouco estranho levar isso em consideração.

Etapa 5: Gerador de quadros Arduino

O gerador de quadros Arduino pega os dados da luva de detecção de posição e do acelerômetro e os converte nos dados do quadro de saída que, em última instância, controlam a exibição da língua. O gerador de quadros Arduino também possui o módulo de teclado / botão VMA203 conectado a ele e controla a interface de usuário do dispositivo. O código do driver dentro do gerador de quadros Arduino está cheio de números mágicos (valores literais usados sem explicação no código) com base nas saídas dos sensores flex individuais - que variam amplamente - e do acelerômetro.

Etapa 6: Circuito Multiplexador de Sensor

Tenho mais sensores analógicos do que entradas analógicas, então precisei usar um multiplexador.

Etapa 7: Circuito do driver de saída

Anexado aqui como um.pdf porque, caso contrário, os Instructables irão compactá-lo tanto que se tornará ilegível.

Etapa 8: Layout do sistema

Observação: os dispositivos BrainPort e PoNS ativam vários eletrodos simultaneamente. Conforme conectado e codificado aqui, este dispositivo ativa apenas um eletrodo de cada vez. Cada placa de circuito de saída possui linhas separadas de seleção de chip e habilitação de saída, de modo que este design _pode_ ser configurado para ativar vários eletrodos de uma vez, só não o conectei para fazer isso.

Etapa 9: Preparando a Luva Sensor Flex

Os pinos dos sensores flex são muito frágeis e facilmente arrancados. A superfície exposta dos sensores flex também é suscetível a curtos-circuitos. Eu soldava os fios aos sensores flex e, em seguida, envolvia totalmente as junções com cola quente para protegê-los de danos. Os sensores flex foram então presos a uma luva com o meio de cada sensor colocado ao longo da junta cuja flexão deveria ser medida. Naturalmente, a versão comercial é vendida por mais de US $ 10.000.

Etapa 10: Montagem Física

Como os cem fios das placas de circuito do acionador para a grade do eletrodo da língua são tão numerosos, eles se tornam relativamente inflexíveis como um agregado. Para treinar o equilíbrio com este dispositivo, você precisa ser capaz de mover sua cabeça livremente enquanto mantém a grade do eletrodo da língua no lugar na língua. Por essas razões, fazia mais sentido montar as placas de circuito do driver em um capacete.