バイオニック クリッカー マーク I ・ II
August 14th, 2017
デバイスは、素人観客に筋電図に基づく制御を示すため作成されました。デバイスの初期の成功の後 2 番目のデバイスはデモおよび研究目的のための機能により柔軟に行われました。このプロトコルでは、構築し、両方のデバイスのキャリブレーションのプロセスについて説明します。
この手順の全体的な目標は、筋電図研究および特注の支援デバイスのプラットフォームとして、安価なワイヤレストリガーデバイスを作成し、簡単にカスタマイズできるようにすることです。筋電図検査は通常、安全技術の制御入力として使用されます。多くのペーシングには法外に高価な特定のソリューションが必要なため、安価でカスタマイズが簡単なデバイスを開発しました。
ここでは、着用者が人差し指を振ってプレゼンテーションのスライドを変更できるようにした2つのバイオニッククリッカーシステム、マーク1とマーク2を紹介します。この手順を開始するには、テキストプロトコルで説明されているようにバイオニックマークを作成します。マーク2の構築を開始するには、3つのヘッダーピンの列を上から正、負、信号の穴の筋肉の中心に配置します。
次に、ピンを下からはんだ付けします。ペンチを使用して、ヘテロピンを90度曲げます。外転筋を入力として使用する場合は、筋肉センサーから短い黒い参照ケーブルを取り外します。
次に、ワイヤーカッターを使用して、手首から手の甲に通す3本のEMGケーブルを切断します。ワイヤーストリッパーを使用して、各ケーブルの一方の端を剥がします。バックワイヤーの剥がれた端をRホールに、青いワイヤーをEホールに、赤いワイヤーをマッスルセンサーのMホールに配置します。
下側で、ワイヤを所定の位置にはんだ付けします。この後、8本の単芯マルチスレッドワイヤーを切断します。テキストプロトコルで説明されているように、それらを配置してはんだ付けします。
外転筋の両端に2つのEMGセンサーパッドを配置します。そして、手の甲の真ん中にある3つ目のパッド。次に、青と赤のセンサーケーブルを筋肉の上のパッドに接続し、黒のケーブルを手の甲のパッドに接続します。
電極を誤って配置すると、デバイスに多くの偽陽性と多くの偽陰性が発生する可能性があるため、電極を内転筋に配置することは、手順の最も重要なステップです。小さな手では、電極を正しく配置することは実際には不可能な場合があります。EMG出力のテストを開始するには、必要なすべてのファイルをダウンロードし、テキストプロトコルで説明されているようにマイクロコントローラーをセットアップします。
次に、コンピューターを主電源から抜きます。USBケーブルを使用して、マイクロコントローラーをコンピューターに接続します。しきい値テストの関連バージョンをマイクロコントローラにアップロードします。
次に、シリアルモニターを開いてEMG出力を表示します。手の人差し指を左右に動かし、表示された値を記録します。人差し指を動かさずに手を動かし、表示された値を記録します。
この後、手を動かしたときに見えた値より上、人差し指だけが動かされたときのシーンより下の値を選択します。しきい値の選択は、低すぎると多くの誤検知が発生するため、非常に重要です。また、高すぎると偽陰性が多くなります。
筋肉の疲労とワイヤーの動きも、テストしきい値を開始し、テキストプロトコルで概説されているように正しいコードをダウンロード、編集、アップロードする EC.To の値に影響を与える可能性があることに注意してください。次に、人差し指を動かさずに手を動かします。シリアル出力に何も表示されていないことを確認します。
次に、人差し指を左右に動かします。まず、メスでストリップボードの銅トラックを壊します。そして、制御基板に10キロオームの抵抗を3つ配置します。
次に、スライドスイッチと2つの押しボタンスイッチを配置します。ボードの下側にはんだ付けします。ワイヤーカッターを使用して、以前にマイコンにはんだ付けされていたワイヤを切断し、ケースが閉じるのを防ぐことなく、マイコンケースの中間層を通って制御基板にワイヤが通るようにします。
この後、テキストプロトコルで説明されているように、ワイヤを制御ボードに配置し、ワイヤを所定の位置にはんだ付けします。まず、バイオニッククリッカーを組み立て直し、マイクロコントローラーのヘッダーコネクタをマッスルセンサーに接続します。USBケーブルを使用して、マイクロコントローラーをコンピューターに接続します。
関連するファイルをダウンロードした後、プレースホルダーのテキストを決定されたしきい値トリガー値に置き換えてコードを編集します。次に、USBケーブルを抜いて、マイクロコントローラーをコンピューターから切断します。デバイスをコンピューターに接続した後、プレゼンテーションソフトウェアで人差し指を上げてクリッカーをテストし、スライドを進めます。
クリッカーの取り付けを開始するには、両面フックとループの素材をカットして、幅が35メートル、手首を包み込むのに十分な長さになるようにします。次に、ケース下部のクリップにフックとループの素材をスライドさせます。マイクロコントローラのメスヘッダをマッスルセンサのオスヘッダピンに差し込みます。
次に、電極をEMGケーブルにクリップで留めます。本研究では、筋電図を用いた制御デバイスを作成します。デバイスのキャリブレーション中には、3つの異なる範囲が観察されます。
手が静止しているときの値、手が動いているときの値、および人差し指が動いているときの値。しきい値は、手の動きの値より上、指の緊張値より下になるように選択されます。閾値が移動ハンドの範囲に近いほど、誤検出の可能性は高くなりますが、潜在的な偽陰性は減少します。
閾値が指の緊張範囲に近いほど、その逆になります。その後、デバイスは、内転筋の検査時に偽陽性と偽陰性について検査されます。筋肉が緊張しているときにデバイスがスライドチェンジをトリガーしない場合、偽陰性が記録されます。
一方、テンシングが発生していないときにスライドが変更されたときに誤検出が記録されます。どちらのデバイスも誤検出の問題はありませんでした。マーク 1 デバイスでは最初の 45 分間は偽陰性が発生しませんが、誤検出の数は急速に増加し、50 分から 1 時間の間にデバイス全体の障害が発生します。
したがって、どちらのデバイスも述べられた目的に成功していますが、マーク2はテストの過程でより安価で、柔軟性があり、信頼性があります。この手順を試行する際は、電極を正しく配置し、正しいしきい値を選択する際には注意することが重要です。このデバイスの構築は数時間で行うことができます。
そして、しきい値を見つけることがマスターされると、数分以内に新しいユーザーに対して設定できるようになります。開発以来、このデバイスは、いくつかの学生プロジェクトの基礎として、また特注の患者デバイスのコアコンポーネントとして使用されてきました。主電源での作業は非常に危険であることを忘れないでください。
また、主電源からデバイスのプラグを抜くのは、デバイスの皮膚に接触する前に行う必要があります。
概要
この研究は、実証と研究のために設計された2つの筋電図ベース制御デバイスの開発を提示します。これらのデバイスは、ユーザーが筋肉信号を通じてプレゼンテーションを制御することを可能にし、筋電図応用のためのコスト効率の良いカスタマイズ可能なソリューションを示しています。
主要な研究要素
科学の分野
- 筋電図
- 補助技術
- デバイスのキャリブレーション
背景
- 筋電図は、技術における制御入力に一般的に使用されています。
- 既存のソリューションは、高価で柔軟性に欠ける可能性があります。
- この研究は、カスタマイズ可能で手頃な価格のデバイスを作成することを目的としています。
- Mark OneとMark Twoの2つのバージョンのデバイスが開発されました。
研究の目的
- 筋電図研究のためのワイヤレストリガーデバイスを作成すること。
- デバイス制御に筋肉信号を使用することの実現可能性を実証すること。
- カスタム補助デバイスを開発するためのプラットフォームを提供すること。
使用された方法
- 2つのバイオニッククリッカーシステムの構築。
- 特定の筋肉に電極を配置することでのデバイスのキャリブレーション。
- 操作中の誤検知と誤検知のテスト。
- 正確な信号検出のためのしきい値の調整。
主な結果
- 両方のデバイスが筋電図制御を正常に実証しました。
- Mark TwoはMark Oneと比較して、より高い信頼性と柔軟性を示しました。
- どちらのデバイスでも誤検知は記録されませんでした。
- Mark Oneは時間とともに誤検知が増加しました。
結論
- これらのデバイスは筋電図応用のためのコスト効率の良いソリューションを提供します。
- 電極の正しい配置はデバイスのパフォーマンスにとって重要です。
- Mark Twoは信頼性のため、長期使用には推奨されます。
よくある質問
Executive Industry Relevance
Electromyography (EMG)-based control systems, as exemplified by the Bionic Clicker Mark I & II, offer a customizable and cost-effective platform for early-stage device prototyping in neuromuscular interface research. These systems enable precise signal acquisition and threshold-based event triggering, supporting robust hypothesis testing and functional validation in translational device development. Their adaptability and direct EMG data transmission facilitate rapid iteration and cross-functional integration in R&D pipelines.
Strategic Applications in Biopharma R&D
Early Discovery & Target Validation
- Enables interrogation of neuromuscular signal pathways for device-targeted control validation.
- Supports functional de-risking by quantifying EMG signal fidelity and device responsiveness.
- Facilitates predictive confidence in muscle activation detection for assistive device research.
Screening & Assay Development
- Provides a validated platform for calibrating EMG signal thresholds and minimizing false positives/negatives.
- Standardizes electrode placement and signal acquisition for reproducible device testing.
- Enables quantitative assessment of device performance across user populations.
Translational & Preclinical Research
- Aligns with translational biomarker strategies by linking EMG outputs to functional device endpoints.
- Supports continuity from benchtop prototyping to preclinical validation of neuromuscular interfaces.
- Reduces mechanistic ambiguity in device-triggered event detection.
Pipeline & Workflow Integration
The Bionic Clicker workflow integrates from early discovery through device screening and preclinical prototyping, supporting iterative optimization and cross-team standardization.
- Discovery Biology: Facilitates hypothesis testing of muscle signal control and device actuation thresholds.
- Screening: Delivers reproducible, quantitative EMG readouts for device calibration and user-specific adaptation.
- Analytics: Provides real-time signal monitoring and statistical thresholding to compare device conditions.
- Translational Research: Bridges benchtop EMG validation with preclinical device performance studies.
- Enterprise Reuse: Offers a modular, modifiable platform for ongoing neuromuscular device innovation.
Operational & Enterprise Impact
- Scientific Value: Increases predictive confidence in EMG-based device control and reduces false event rates.
- Operational Value: Streamlines device calibration, standardizes electrode placement, and supports rapid user onboarding.
- Strategic Value: Enables efficient go/no-go decisions in device prototyping and reduces late-stage technical risk.
- Portfolio Impact: Supports risk-adjusted prioritization of neuromuscular interface projects.
Implementation Considerations
- Requires expertise in EMG signal acquisition and electrode placement.
- Needs microcontroller programming and basic electronics infrastructure.
- Demands rigorous cross-user calibration to minimize false positives/negatives.
- Adaptation may be limited by user anatomy and electrode placement constraints.
- Device reliability is influenced by muscle fatigue and hardware stability.
Biopharma FAQs
Chapters in this video
0:05
Title
0:46
Assembling the Base Components
7:33
Conclusion
6:03
Results: Calibration and Validation of the Boinic Clicker
2:34
Testing the EMG Output and the Threshold
4:05
Soldering the Control Board
4:50
Updating the Microcontroller and Assembling, Testing, and Mounting the Clicker
