Neurostimulateur translingue : 10 étapes

2024 Auteur: John Day | [email protected]. Dernière modifié: 2024-01-30 09:08

Ce projet a été commandé par Mark de la Nouvelle-Écosse. Il a coûté 471,88 $ USD en pièces et a pris 66,5 heures pour la conception et la construction. Les deux photos ci-dessus avec la boîte en plastique proviennent de la deuxième itération (jointe) de l'appareil, commandée par un collègue en Allemagne.

Si vous êtes comme moi, votre première exposition à cet appareil a eu lieu dans des articles de presse contenant des photos de personnes aveugles l'utilisant pour "voir" une image basse résolution en l'affichant sur une grille d'électrodes sur leur langue. L'appareil a également des applications dans divers types de rééducation - la variante "BrainPort" peut être utilisée pour traiter les déficits d'équilibre grâce à une substitution sensorielle vestibulaire et, prétendument, envoyer des impulsions à travers chaque électrode d'un appareil de stimulation électrotactile de la langue (combiné avec des exercices pertinents, par exemple l'entraînement à l'équilibre) peut améliorer certaines conditions neurologiques, ce qui me laisse perplexe. J'ai également entendu des rapports selon lesquels le dispositif PoNS (qui stimule la langue mais n'envoie aucune information à travers elle) est une pseudoscience et ne fait rien pour améliorer les conditions médicales des gens. Actuellement, les recherches sont insuffisantes pour affirmer avec certitude que le dispositif PoNS est utile pour quoi que ce soit, et les articles qui revendiquent l'efficacité du dispositif PoNS et d'autres similaires ont été financés par les fabricants de dispositifs, ce qui est suspect en raison de la conflits d'intérêts inhérents. Moi, quicksilv3rflash, je ne prétends pas à l'efficacité médicale de cet appareil, c'est juste comment le construire si vous le souhaitez.

Quoi qu'il en soit, comme c'est toujours le cas pour mes projets de clonage de matériel médical, le manuel de la version commerciale que j'ai trouvé répertorie un prix absurdement élevé - plus de 5 000 USD, excessivement élevé compte tenu du coût réel des pièces (471,88 USD à compter de 2018-09 -14). Il existe de nombreuses conceptions commerciales différentes de cette technologie, avec des résolutions de grille variables et des spécifications de sortie maximales (j'ai vu des maxima de tension de sortie allant de 19v à 50v, la sortie étant ensuite acheminée via une résistance d'environ 1 kOhm et un condensateur de blocage DC de 0,1 uF). Ce n'est pas une copie exacte d'une version commerciale; il est conçu pour émuler plusieurs conceptions commerciales différentes et dispose d'un tout nouveau mode (entraînement à la dextérité) à la demande du commissaire.

Étape 1: Modes de sortie

L'appareil décrit ici dispose de trois modes de sortie:

1. Émulateur d'équilibre BrainPort

Le BrainPort a été développé sur la base du précédent Tongue Display Unit (TDU). Pour l'équilibre d'entraînement, le BrainPort est utilisé pour afficher un motif 2x2 sur une grille d'électrodes de langue 10x10. Le motif sur la grille de l'électrode de la langue agit un peu comme s'il s'agissait d'un objet physique déplacé par gravité; il reste au centre de la grille si la tête de l'utilisateur est tenue droite. Si l'utilisateur se penche en avant, le motif se déplace vers l'avant de la langue de l'utilisateur, et si l'utilisateur se penche vers la droite, le motif se déplace vers le côté droit de la langue de l'utilisateur. Il en va de même pour se pencher à gauche ou en arrière (le motif se déplacera du centre de la grille vers la gauche ou l'arrière de la langue de l'utilisateur).

2. Émulateur PoNS

Contrairement au BrainPort ou au Tongue Display Unit, la sortie PoNS ne transporte aucune information et ne peut pas être modulée par un signal externe. Pour paraphraser l'article du lien précédent, après que les chercheurs ont découvert que l'entraînement à l'équilibre avec le BrainPort améliorait les performances même pendant des mois après le retrait de l'appareil de la bouche, ils ont soupçonné que la stimulation électrotactile elle-même pouvait en quelque sorte faciliter la neuroréhabilitation, même sans que des informations ne soient transmises. l'affichage de la langue. La première version de l'appareil PoNS avait une grille d'électrodes carrée comme l'appareil décrit ici, mais il convient de noter que les versions ultérieures (à partir de la version 2 en 2011) de l'appareil PoNS n'ont pas de grille d'électrodes de sortie carrée, utilisant plutôt un vaguement croissant -en forme de lune qui s'adapte le long de l'avant de la langue et possède 144 électrodes. Veuillez noter que l'auteur de ce Instructable ne peut pas affirmer avec certitude que l'appareil PoNS fait réellement quelque chose d'utile.

3. Mode dextérité

Spécifiquement demandé par le commissaire, le mode dextérité suit la flexion des première et deuxième articulations de chaque doigt de la main droite. Dix électrodes actives sont affichées le long de l'avant de la langue si la main n'est pas fléchie, chaque électrode active correspond à une articulation. Lorsque les articulations sont fléchies, les électrodes actives correspondantes se déplacent de l'avant vers l'arrière de la langue, fournissant une rétroaction électrotactile qui décrit la position de la main de l'utilisateur.

Étape 2: Liste des pièces

[Coût total: 471,88 USD au 2018-09-14]

10x 47Kohm 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 Câbles plats femelle à femelle, 40 fils/câble

5x cartes de circuits imprimés à grille d'électrodes de langue

5x circuits de commande de sortie

2x Arduino uno

2x modules XL6009 Boost

1x support 6AA

1x pince de batterie 9v

1x interrupteur d'alimentation

1x clavier/écran VMA203

1x Accéléromètre, module ADXL335

10x capteurs Flex, symbole de spectre flex 2.2"

50 pieds. Fil 24 AWG

2x Gants (vendus uniquement par paire)

Étape 3: Circuits imprimés

J'ai commandé des circuits imprimés via Seeed Studio FusionPCB. Les fichiers.zip inclus dans cette étape sont les fichiers gerber requis. Les cartes de commande peuvent être fabriquées avec les paramètres par défaut de Seeed, mais la grille d'électrodes à languette nécessite une plus grande précision (dégagement 5/5 mil) et un placage à l'or (ENIG - bien que vous puissiez obtenir de l'or dur à la place si vous voulez qu'elles durent plus longtemps, et si vous avez 200 $ de plus). J'ai également fabriqué la grille d'électrode à languette avec l'option de carte de circuit imprimé la plus fine, 0,6 mm, ce qui la rend légèrement flexible.

En raison du coût élevé des circuits imprimés en polyimide flexible, nous avons choisi d'utiliser une carte rigide pour ce prototype. Les autres personnes qui lisent ces instructions et souhaitent que cet appareil soit fabriqué sur du polyimide doivent garder à l'esprit que la précision requise est de 5 mil de traces / 5 mil d'espacement, ce que Seeedstudio ne fournira pas dans le circuit imprimé flexible. Vous pouvez -probablement- vous en sortir avec le procédé 6mil/6mil que Seeed utilise pour le polyimide, mais attendez-vous à ce que certaines des cartes soient défectueuses et examinez / testez chacune d'elles. De plus, une série de panneaux en polyimide flexibles coûte environ 320 $, la dernière fois que j'ai vérifié.

Après avoir reçu les plaques d'électrodes de languette, vous devrez couper l'excès de matériau. J'ai utilisé un clone dremel avec un disque à tronçonner abrasif.

Étape 4: Pilote de sortie Arduino

Le pilote de sortie Arduino contrôle les circuits imprimés de sortie pour piloter les électrodes en fonction de l'entrée série du générateur de trames Arduino. Notez que la moitié des sorties sont branchées comme une image inversée des autres, donc le code du pilote de sortie est un peu bizarre pour en tenir compte.

Étape 5: Générateur de trames Arduino

Le générateur de trames Arduino prend les données du gant de détection de position et de l'accéléromètre et les convertit en données de trame de sortie qui contrôleront finalement l'affichage de la langue. Le générateur de trames Arduino est également doté du module clavier/bouton VMA203 et contrôle l'interface utilisateur de l'appareil. Le code du pilote dans le générateur de trames Arduino est plein de nombres magiques (valeurs littérales utilisées sans explication dans le code) basés sur les sorties des capteurs flexibles individuels - qui varient considérablement - et de l'accéléromètre.

Étape 6: Circuit multiplexeur de capteurs

J'ai plus de capteurs analogiques que d'entrées analogiques, j'avais donc besoin d'utiliser un multiplexeur.

Étape 7: Circuit du pilote de sortie

Attaché ici au format.pdf car sinon Instructables le compressera tellement qu'il devient illisible.

Étape 8: disposition du système

Remarque: les appareils BrainPort et PoNS activent simultanément plusieurs électrodes. Tel que câblé et codé ici, cet appareil n'active qu'une électrode à la fois. Chaque circuit imprimé de sortie a des lignes de sélection de puce et d'activation de sortie séparées, donc cette conception _peut_ être configurée pour activer plusieurs électrodes à la fois, je ne l'ai tout simplement pas câblée pour le faire.

Étape 9: Préparation du gant Flex Sensor

Les broches des capteurs de flexion sont très fragiles et s'arrachent facilement. La surface exposée des capteurs flexibles est également sensible aux courts-circuits. J'ai soudé des fils aux capteurs de flexion, puis j'ai entièrement entouré les jonctions avec de la colle chaude pour les protéger des dommages. Les capteurs de flexion ont ensuite été attachés à un gant avec le milieu de chaque capteur placé en travers de l'articulation dont la flexion devait être mesurée. Naturellement, la version commerciale de celui-ci est vendue pour plus de 10 000 $.

Étape 10: Assemblage physique

Parce que les cent fils des circuits imprimés du pilote à la grille de l'électrode de la langue sont si nombreux, ils deviennent relativement rigides en tant qu'agrégat. Pour entraîner l'équilibre avec cet appareil, vous devez pouvoir bouger votre tête librement tout en maintenant la grille de l'électrode de la langue en place sur la langue. Pour ces raisons, il était plus logique de monter les circuits imprimés du pilote sur un casque.