Name: バイオニック クリッカー マーク I ・ II (動画) | JoVE Journal
Uploaded: 2017-08-14T12:30:00.000+00:00
Duration: 8 min 23 s
Description: 学ぶ筋電図ベースのバイオニッククリッカー装置の構築と較正方法。Mark IとMark IIの2種類のデバイスを比較し、電極配置と閾値設定の重要性を解説。低コストでカスタマイズ可能な支援技術の基盤として活用可能です。

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エンジニア リングによって資金を供給されるプロジェクトおよび物理科学の研究委員会の EPSRC (EP/K503745/1)、国立保健研究 (NIHR) 医学研究センター (BRC) (BRC272/こんにちは/JG/101440) UCL 研究所変更メーカー。

プロトコルは、ユニバーシティ カレッジ ロンドンの研究倫理委員会のガイドラインに従います。
注意: このプロトコルを含む電気的ハザードと火傷の危険 (はんだごて);このプロトコルを実行する前に両方をお読みください。このプロトコルでは、皮膚にデバイスを接続する含まれています。時間がない時パスがある肌と電気の本管の間を確認します。はんだごての要素に触れないでください。ピンセットやクランプで加熱するワイヤーを保持します。使用中にウェット クリーニング スポンジを維持します。はんだごてを使用しない時はスタンドに常に戻ります。ワークベンチでは、それを置くことはありません。ユニットの電源を切り、使用しないときはプラグを抜いてください。
1. 基本コンポーネントの組立
注:図 3プロトコルの手順の概要を与えます。
<ol><li>バイオニックのクリッカー MK を構築する私は、生体信号センサー シールドをマイクロ コント ローラーに差し込み、シールドの E、M、GND 端子に EMG ケーブルをネジ (図 4を参照)。1.6 の手順に進みます。</li>
	<li>
MK II を構築する 3 つのヘッダーのピンの行に配置で筋肉センサー、+、- SIG の穴 (図 5参照) を上から下にはんだと。
	<ol>
<li>ヘッダピン plyers のペアで 90 ° 曲げてピンの中腹。これは場合の正しい位置にピンを配置します。</li>
		<li>示指外転筋を入力として使用して、1.3 を手順に進みましていない場合 1.4 をステップに移動します。</li>
	</ol>
</li>
	<li>
筋肉センサーから短い黒参照ケーブルを取り外します。
	<ol>
<li>手首から手の後ろに実行するワイヤー カッターを持つ 3 つの EMG ケーブルを切断します。ストリップ 3 EMG ケーブル電線ストリッパーとの終わり。</li>
		<li>筋肉センサー (図 5) の M の穴に R 穴、E の穴に青い線と赤い線に黒線のストリップの端を置きます。筋肉センサーの下側の場所に電線を半田付け。1.5 のステップに移動します。</li>
	</ol>
</li>
	<li>
黒ケーブルのコネクターに筋肉センサーと 1 つの電極の下側に 2 つの電極パッドをクリップします。
	<ol>
<li>電極パッドと選択した筋肉に筋肉センサーをスティックし、黒参照電極を適切な場所に置きます。</li>
	</ol>
</li>
	<li>
8 シングル ・ コア マルチ スレッド線を長さにカット、ストリップの両端: 5 ショート (手首のサイズによって異なりますが、約 12 cm) のコントロール ボード (赤、黒、緑、白、青) と長い 3 マイクロ コント ローラーから実行する (7 cm) ワイヤ ワイヤ (赤、黒、緑)手首の 1 つの側面から他に実行します。 注: 別の筋に筋肉センサーを配置する場合は、長いワイヤーが無線マイコン サイトに筋肉のセンサーのサイトから実行されるを確認します。<ol>
<li>マイクロ コント ローラーに配線をはんだ付けの準備ができて場所: 2 の赤い線、3 v に穴、GND 穴、A0 の穴に長い緑ワイヤ、2 穴に短い青線、3 穴に長い白い線に 2 の黒い線、、5 穴に短い緑の線。マイクロ コント ローラーの下側の場所に電線を半田付け。</li>
		<li>順序で 3 ヘッダー ソケット 3 の長いワイヤのもう一方の端をはんだ付け: 赤、黒、緑。図 5を参照してください。インストールしない場合は、手順 2 に進みます外転筋示指の筋を用いたします。</li>
	</ol>
</li>
	<li>
図 6、外転筋示指筋の両端に電極の二つで、手の背面の中央に 1 つの EMG センサー パッドのように一方で、筋のセンサー パッドを配置します。
	<ol>
<li>筋肉センサー ケーブル (プッシュ フィット) のコネクタの端に電極パッドをクリップします。筋肉、手の背面に黒電極クリップ上で赤と青の電極クリップ。</li>
	</ol>
</li>
</ol>2. テスト筋出力
<ol><li>参照セクションから次のリンク14生体信号シールドのライブラリをダウンロードします。それを解凍し、(ドキュメント/Arduino/ライブラリ内にある通常) 統合開発 (IDE) ライブラリ フォルダーに配置します。2.3 の手順に進みます。MK II を構築する場合は、2.2 の手順に進みます。</li>
	<li>IDE は、次の手順15にマイコン ボードを追加します。</li>
	<li>MK の 'ThresholdTest.ino' をダウンロード私はまたは 'BLEThresholdTest.ino' と 'BluefruitConfig.h' MK II および IDE ソフトウェア (補足ファイル) で開く。</li>
	<li>主電源からノート パソコンを外し、次とだけにし、ユニバーサル シリアル バス (USB) ケーブルを介してラップトップにマイコンを差し込みます。</li>
	<li>閾値テストの関連バージョンをマイコンにアップロードし、シリアル モニターを開き、(ツール > シリアル モニター)。筋の出力が表示されます。</li>
	<li>人差し指を左右に移動、指を移動することがなく手を動かします。それぞれのケースに表示される値を書き留めます。 注: MK II を使用していることを確認この方法で生成された雑音に非常に敏感であるケーブルは移動しないでください。</li>
	<li>上記を見てから手、移動が下を見てから指を左右に移動したときは、値を選択します。この値を書き留めます。 注: デバイスは、指の意図的な動きによって有効にされるので、値が選択されます。これは、デバイスのアクティブ化のしきい値のトリガー値、です。筋肉センサーは、しきい値の値が見つけにくい場合は手動で変更することができます利得設定を持っています。電極は、交換する必要があります。外転筋示指の筋を使用している場合、開始点として、ゲインを最小に設定します。ゲイン設定は、利得がマーク筋肉センサー ポテンショメータによって変更、これは小さなマイナス ドライバーで変更できます。</li>
</ol>3. テストのしきい値
<ol><li>MK の 'BoomTest.ino' をダウンロード私または 'BLEBoomTest.ino' と MK II の BluefruitConfig.h し、IDE ソフトウェアで開きます。</li>
	<li>2.8 の手順であらかじめ定義したしきい値トリガー値と 'PLACE_YOUR_THRESHOLD_TRIGGER_VALUE_HERE' を置き換えることによって、コードを編集します。これは MK のコードの行 37 私は、MK II のコードの 47 行目。</li>
	<li>BoomTest の正しいバージョンをマイコンにアップロードし、シリアル モニターを開きます (ツール > シリアル モニター)。</li>
	<li>(動いていない人差し指側から側に); 周りの手を移動します。シリアル出力に何も見られています。</li>
	<li>移動の人差し指側。単語 'ブーム' が表示されます。 注: 'ブーム' には、間違っている時またはすべてではないが表示されている場合、接続を確認し、手順 2.7 に戻って移動します。</li>
</ol>4. 3 D プリント MK II のケース
<ol><li>MK II を構築する場合のすべての 5 つのコンポーネントの stl ファイルをダウンロード (すべての 5 つの部分の図 7を参照)。適切なメソッドによってケースの部分を印刷します。5.2 手順に進みます。かどうか建物の MK I、セクションに移動 5。 注: 場合は、正常にモデルの16 (FDM) とフォトリソグラフィ プリンター17両方熱溶解積層によって印刷されています。</li>
</ol>5. コントロール ボードをはんだ
注: MK II を構築する場合は、5.2 の手順に進みます。
<ol><li>
2 つのヘッダーのピン 5 の 10 の行を配置 KΩ 抵抗器、スライド スイッチと図 8A で示すように、コンポーネントの 2 つのプッシュ ボタン スイッチその後ボードの下側の場所でそれらをはんだ。
	<ol>
<li>図 8Aに次の灰色の線は、クラフト ナイフでスライスしてストリップ基板の銅のトラックを破る。これにより、ボード全体で複数の機能を持っている個々 のトラック。</li>
		<li>前腕から上腕部 (約 30 cm) に実行されますので、ワイヤー カッターで適切な長さの 7 線 (黒、赤、青、オレンジ、白、茶色、黄色) をカットします。7 cm、3 cm とオレンジの黒線と青い線が 4 cm の赤い線をカットします。</li>
		<li>電線ストリッパー、電線の両端をストリップします。</li>
		<li>次の回路図を図 9に示すように、コントロール ボードに線を配置します。下側の場所に電線を半田付け。</li>
		<li>ヘッダーのピンのペアに長い赤と黒の線をはんだ付けし、その後順序でヘッダーのピンのストリップを他の長いワイヤをはんだ: 青、オレンジ、白、茶色、黄色。</li>
		<li>5 v、コントロール ボードのヘッダピンに無線モジュールの gnd にはんだ付けします。</li>
		<li>無線通信モジュールのピン 2 に短いオレンジ色の線と 3 番ピンに短い青線をはんだ付けします。</li>
	</ol>
</li>
	<li>
場所 3 10 KΩ 抵抗器、スライド スイッチと 2 つのプッシュ ボタン スイッチは図 10に示すように、ボードの下側の所定の位置に半田付け。
	<ol>
<li>次の10 a を図の灰色の線は、クラフト ナイフでスライスしてストリップ基板の銅のトラックを破る。これにより、基板の複数の機能を持っているトラック。</li>
		<li>以前をはんだ付けワイヤー カッター内蔵マイコン マイコン ケースの中間層を介してコントロール ボード (図 10B) を閉じる場合を停止することがなく実行できるようにワイヤーをカットします。</li>
		<li>次の回路図 (図 11)、コントロール ボードに線を配置します。場所に電線を半田付け。6.2 の手順に進みます。</li>
	</ol>
</li>
</ol>6. クリッカーをアセンブルし、マイクロ コント ローラーを更新
<ol><li>バイオニックのクリッカーを組み立て直す、マイクロ コント ローラーにワイヤをボード コントロールからヘッダー コネクタを接続して生体信号のシールド (5 v と MK の GND は MKII の 22 30 番ピン)。バッテリーをマイクロ コント ローラーに接続します。図 12を参照してください。6.3 の手順に進みます。</li>
	<li>筋肉センサー (SIG に緑線) にマイコンからヘッダー コネクタを接続する、バイオニックのクリッカーを組み立て直す。図 13を参照してください。</li>
	<li>マイクロ コント ローラーを USB ケーブルでノート パソコンに接続します。</li>
	<li>ダウンロード 'BionicClicker.ino' または ' BLEBionicClicker.ino と BluefruitConfig.h IDE ソフトウェアで開くと。</li>
	<li>コードを編集して 'PLACE_YOUR_THRESHOLD_TRIGGER_VALUE_HERE' を置き換えます手順 2.7 で決定されたしきい値トリガー (MK のコード 59 行、行コードの 83 MK II の)。 注: MK II デバイスは、無線で接続する場合として表示される名前は、コードの47 行目を編集することによって変更できます。代替タイトル 『バイオニック クリッカー MK II』 に置き換えます。</li>
	<li>ノート パソコンから USB ケーブルを外してマイクロ コント ローラーを取り外します。</li>
</ol>7. コンピューターにデバイスを接続します。
<ol><li>かどうか次の製造元のガイド18によってデバイスに無線モジュールをペアに指示をに従って、MK を使用します。MK II を使用している場合は、ワイヤレスでワイヤレス キーボードを使用しているコンピューターに接続する手順をに従ってデバイスに接続します。</li>
</ol>8. テスト クリッカー
<ol><li>
いくつかのタイピング ソフトを開き、'Lorem イプサム悲しみ座る amet' などのいくつかのテキストを入力します。これにより、これらのコマンドの送信し、受信するかどうかをテストするために知覚されるプレス。 メモ: バッテリが低い場合、デバイス与える可能性があります不安定な動作を行います。常に新鮮なバッテリーを使用します。<ol>
<li>カーソルが移動カーソルが後方に移動してボタンを後方前方およびマニュアルを参照してくださいにマニュアル フォワード ボタンを押します。また前進に人差し指を上げます。</li>
	</ol>
</li>
	<li>プレゼンテーション ソフトでクリッカーをテストするのには、スライドを進行する人差し指を上げます。 注意: オーバーライド スイッチ筋機能のオン/オフ、およびマニュアル前方と後方進行状況をボタンし両方のシナリオでスライドを後退します。</li>
</ol>9. クリッカーをマウントします。
注: MK II の構築では、9.2 のステップに移動します。
<ol><li>
MK を構築する場合、両面をカット、私はフックし、手首に快適にフィットするので、ハサミでは、素材をループします。ループは、手首に傷に内側に直面していることを確認します。
	<ol>
<li>両面フックをカットしループには上腕の周り快適に収まるように、再びループの内側に顔を確認します。</li>
		<li>マイクロ コント ローラー (10 cm × 5 cm) とコントロール ボード (2.5 cm × 6.4 cm) のサイズに両面フックとループのストリップをカットします。バッテリー (4 cm × 12 cm) の周りにしっかりとフィットするストリップをカットします。</li>
		<li>接着剤銃を使用して、マイコンの下のコントロール ボードの下部にストリップのループ側を接着します。</li>
		<li>手首のストラップにコントロール ボードを取り付けます。アッパー アーム トラップにマイクロ コント ローラーとバッテリーを取り付けます。</li>
		<li>すべてのプラグイン: 9 V 電池は PP3 コネクタとマイクロ コント ローラーに差し込みます。マイクロ コント ローラーおよび e-ヘルスのシールドは、はんだ付けワイヤー経由でコントロール ボードに接続します。 注: MK 私は今終了します。</li>
	</ol>
</li>
	<li>
MK II を構築する場合両面フックとループ素材カット 35 mm 幅と十分な長さ (小さい手首周り 22 cm) の手首の周りをラップします。
	<ol>
<li>ケースの下部にクリップでフックとループ素材をスライドさせます。手首を傷めないために、ループが内側に直面していることを確認します。</li>
		<li>筋肉センサーの男性ヘッダピンに女性のヘッダーで終了マイコンに半田付け配線を接続し、クリップ電極筋電図ケーブルそれらを押すことによって。 注: MK II は完成しました。図 14を参照してください。</li>
	</ol>
</li>
</ol>

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</ol>

著者が明らかに何もありません。

外転筋示指で使用するときに、MK II の鮮やかさは、それが最初は表示よりも問題の少ないです。電極と正しい慎重に配置を得るためストップの設定このクリッカーとしてデバイスを使用するとき問題であることから。転指標の活動を正確に記録に興味がない限り、これはまったく問題になる可能性が高いではないです。白とびは見られていない他の筋肉の利得が設定された後。MK II と偽陰性は、外転筋示指を使用するときに適切なしきい値を選択することの難しさが原因です。大きな筋肉と意図的な筋肉の緊張と筋肉の非意図的な活性化の大きさの差が大きい、さらに偽陽性と偽陰性の両方は、閾値を選択できます。ポイント。特に小さな手の示指外転筋は (小さい電極パッドと潜在的解決できること) が適切に配置するために電極には小さすぎるかもしれません。
MK II のかなり長いバッテリ寿命は、さまざまな理由に便利です。まず、MK 私デバイスが長いデモには使用できませんので、使用の 45 分後が不安定になる行動を開始しました。第二に複数時間のバッテリ寿命と MK II となりうる有用なデバイスの入力コントロールとのみ物理電池サイズのわずかな増加とそれは終日監視デバイスとして使用することができます。無線マイコンが 6 アナログ入力とデジタル入力の 13;これは、デバイスが制御入力の自由度がより多くのデバイスを作成する複数の筋肉のセンサーからの信号を受け入れることができることを意味します。また、筋肉センサーを入力として他の生体信号を使用してデバイスを作成するアナログ出力を備えた任意のバイオ センサーで置き換えることができますに注意する必要があります。デバイスのコードには、その機能を変更する簡単に変更できます。ソフトウェアおよびハードウェア デバイスの変更デバイスに簡単な変更を可能にします。
デバイスの 1 つの制限現在立つので、筋出力を送信できませんワイヤレス高データレートで無線マイクロ コント ローラー バッファーをオーバー ロードできますこのようです。別の制限は技術、入力として転インデックスを使用して、筋肉が非常に小さく、一方で電極の間隔がほぼ重複;誰かは、特に小さな手がある、この筋肉に電極を正しく配置できない場合があります。
デバイスに関して潜在的な研究プロジェクトの柔軟性より高価なデバイスにいくつかの利点があります。それは、低コスト: デバイスは 80 usd し、EMG の追加チャンネルだけ小さくして最適の 35 米ドルまたは学生のプロジェクトのコストします。それは簡単にカスタマイズ、ソフトウェアを簡単に編集することができます、入力がその他のハードウェアの変更します。小さいサイズで、それで、それを着ている人は、重い物やかさばる装置を運ぶ必要はありません。それは、任意の互換性のあるワイヤレス デバイスに簡単に統合できますので他のデバイスへのワイヤレス キーボードとして表示されます。デバイスは、近い将来に発行される補助デバイスに既に組み込まれています。
サイズと MK II のカスタマイズの容易さのためそれはすでにワイヤレス EMG モジュールとワイヤレスのトリガー メカニズムとして複数の研究プロジェクトに組み込むのために検討中です。また、マスター課程の演習セッションの一つの基盤として使用されているが。デバイスをしたいと思います主な改善は無線伝送速度を向上です。目標は 10 Hz を達成するために、これは、ハードウェアまたはソフトウェアを通じて行わするかどうかはまだ未定します。
プロトコルの中で最も重要なステップ、2.6 および 2.7: トリガーしきい値の選択。これらアンテナとして機能でき、運動アーティファクトを生成として筋電図ケーブルの動きに支払われる必要がありますステップ 2.6、特別な注意ただし、これらが静止した場合これは問題ではありません。2.7 の手順で選択した値が高すぎる場合、これは偽陰性の結果します。この値が小さすぎる場合は、偽陽性でこの結果します。外転筋示指の場合は、非常に大きな筋肉でこれは問題であると表示されません、時折偽陰性が発生しない値を見つけにくいです。ゲインを最小値に設定すると、値のポイント以下の滞在で、読み出しを非アクティブ化およびアクティブ化の間に大きな違いが見られるまでそれを増やすことによって修正できる場合は正しい値を見つけることはまだ問題です、飽和。
全体的に MK II は MK 上かなりの改善には潜在的な研究装置として私が MK 私は強い視覚的インパクトを持って、それはまだ使用される将来の公共関与イベントをする可能性がありますので。

熱望するセンター リハビリテーション工学・支援技術調査手法を適用し、ストローク、筋ジストロフィーに限らず関心の関連分野内の異なるドメイン間で受け渡し切断、高齢化人口、専門的なスキルのトレーニング。中心が携わっている研究の 1 つの領域はかわるです。したアームの制御に使用される多くの技術、EMG はコントロール ・ システム1,2,3,4,5,6の最も一般的な入力の 1 つです。これは使用と他の制御システム7と比較して手頃な価格の使いやすさのための大きい部分で。最近ような Ada 手制御8,9,10のこのタイプを使用する場合のみ 1,000 米ドルを要することができる補綴物の 3 D 印刷を開発しました。ただし、一般にこのようなシステムを実証しようとすると、切断の援助なしでそう簡単な方法はありません。
公衆のメンバーにこの分野での研究活動の意識を高めるためには、バイオニック クリッカー デモ装置が開発されました。非常に注目を集めているし、学習と11を教えられている科目の理解を加速するオブジェクト ベースのデモを使用することが重要です。私たちのデバイスは、EMG の概念を教えることだけでなく、近代的な技術の現在の開発の知識を高めるために役立つだけでなく。さらに、科学、技術、工学および数学 (茎) の分野内の研究を選択する若い世代を鼓舞します。
バイオニックのクリッカー MK 私はラボ内での使用に既にあった容易に入手できる部品を使用してしました。それはマイクロ コント ローラー、生体信号シールド12電極、コントロール ボード、通信ボード、9 V バッテリーから成っています。デバイスは、人差し指と親指の間にある外転筋示指の筋活動を拾うことによって機能しました。それはキーボードを模倣して事前選択されたしきい値に達したときに '右キー押下' を送信スライド変更をトリガーします。コントロール ボードは、'右' と '左' キー (進行状況スライドとスライド後退) の手動送信の許可およびまたライブ デモンストレーションの間に物事が間違って場合に EMG 入力を上書きされる可能性があります。
医学物理学、医用生体工学部理解増進活動の一環として、我々 は公衆のメンバーにバイオニック クリッカーを実証しました。それは聴衆から熱狂的な応答を受信しましたし、いくつかのコラボレーションを起動するのに関心を生成します。デバイスの初期の成功の後、デバイスの 2 番目のバージョンが設計されました。
2 番目のデバイスの設計の目標は、安い、あまり使いにくく、最初のデバイスより詳細にカスタマイズされたデバイスを作ることでした。このデバイスの目的は、学生プロジェクトを簡単に変更できるし、既存のプロジェクトに組み込まれる安く何かを設計することだった。他の利用可能な1,2,3,4,5,6はその使いやすさのこのデバイスの主な利点は、小さなサイズを使用して、低コスト。バイオニック クリッカー デバイスは、トリガー デバイスなどの他の研究機器の解像度を持っていないかもしれませんが、彼らはよりも十分です。MK II は、補綴コント ローラーまたは補助デバイスなどのデバイスをトリガーする EMG しきい値を使用するあらゆるシステムのための理想的な基礎になります。
デザインは、ワイヤレス対応のマイコン周辺筋肉センサーに基づいていた。3.7 V 150 mAh リチウム ポリマー電池、マニュアル コントロール ボードと 3 D プリントされたケースも含まれています。図 3は、デザインの違いの概要を示します。MK II デザイン元のデバイスと同じ基本的な機能がワイヤレス EMG 監視などの新しいアプリケーションにかなり多くの潜在的な機能。

<table><tbody><tr><td>マーク用 I</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>Equipment</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>laptop</td><td></td><td></td><td>USB</td>USB</tr><tr><td>ケーブル</td><td></td><td></td>を備えた任意のラップトップ Arduinoはんだ付けステーション<td></td></tr><tr><td></td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td></td><td></td><td></td><td></td>のラップトップからUSB-B接続 はんだ付け</tr><tr><td>ホットグルーガン</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>ホットグルーガングルー</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>アイテム</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>スモールシングルコアマルチスレッドワイヤー</td><td></td><td></td><td>黒、赤、黄、茶色、オレンジ 白、青、</td></tr><tr><td>Arduino MEGA 2560</td><td>Arduino</td><td>MEGA 2560</td><td>(Geniuno MEGA 2560米国外)</td></tr><tr><td>E-ヘルスシールドv2.0</td><td>Cooking Hacks</td><td>e-Health Sensor Shield V2.0 for Arduino, Raspberry Pi and Intel Galileo [生体認証/医療応用]</td><td></td></tr><tr><td>EMGケーブル</td><td>Cooking Hacks</td><td>e-Healthプラットフォーム用筋電図センサー(EMG) [生体認証/医療応用]</td><td></td></tr><tr><td>EMG電極</td><td>Sparkfun</td><td>SEN-12969</td><td></td></tr><tr><td>9Vバッテリー</td><td></td><td></td><td>任意の</td></tr><tr><td>電源ケーブル</td><td></td><td></td><td>ジャック付きPP3 9vコネクタ</td></tr><tr><td>ブルーフルーツEZ-KEY隠しAdafruit</td><td></td><td>1535</td><td></td></tr><tr><td>ストリップボード</td><td>Amazon.co.uk</td><td>小さなストリップボード 25 X 64mm 3個入りパック</td><td>同様のストリップボード 2.54mmピッチ 7x25</td></tr><tr><td>押しボタンスイッチ</td><td></td><td>COM-00097</td><td></td></tr><tr><td>スライドスイッチ</td><td>amazon.com</td><td>20個 オン/オフ/オン DPDT 2P2T 6 ピン垂直 DIP スライド スイッチ 9x4x3.5mm</td><td></td></tr><tr><td>抵抗器</td><td></td><td>COM-11508</td><td></td></tr><tr><td>両面ベルクロ</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>ブレークアウェイ ヘッダー - ストレート</td><td>Sparkfun</td><td>PRT-00116</td><td>2、2、5 必要</td></tr> <tr><td>strong<> Mark II</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>Equipment</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>ラップトップ</td><td></td><td></td><td>USB を備えた任意のラップトップ接続</td></tr><tr><td>USBマイクロケーブル</td><td></td><td></td>ラップトップ<td>からUSBマイクロ(標準電話コネクタスタイル)</td></tr><tr><td>はんだ付けステーション</td><td></td><td></td><td>任意の</td></tr><tr><td>はんだ</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>アイテム</強力></td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>小さな単芯マルチスレッドワイヤー黒</td><td></td><td></td><td>、赤、緑、白、青、</td></tr><tr><td>フェザーBLE32U4</td><td>Adafruit</td><td>2829</td><td></td></tr><tr><td>MyoWare</td><td>Sparkfun</td><td>SEN-13723</td><td></td></tr><tr><td>EMGケーブル</td><td>Sparkfun</td><td>CAB-12970</td><td></td></tr><tr><td>EMG電極</td><td>Sparkfun</td><td>SEN-12969</td><td></td></tr><tr><td>3.7 V LiPo</td><td>Adafruit</td><td>1317</td> ストリップボード amazon.co.uk <td></td></tr><tr><td></td><td></td><td>スモールストリップボード 25 x 64mm 3個入りパック</td><td>2.54ピッチ 7x9 列</td></tr><tr><td>押しボタンスイッチ</td><td></td><td>COM-00097</td><td></td></tr>スライド<tr><td>スイッチ</td><td>amazon.com</td><td>20個オン/オフ/オンDPDT 2P2T 6ピン垂直DIPスライドスイッチ9x4x3.5mm</td><td></td></tr><tr><td>抵抗器</td><td>COM-11508</td><td></td><td></td></tr><tr><td>3Dプリントパーツ</td><td></td><td></td><td>自分で3Dプリントすることも、ウェブサイトから印刷することもできます両面</td></tr><tr><td>ベルクロ</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>ブレークアウェイヘッダー-ストレート</td><td>Sparkfun</td><td>PRT-00116</td><td>3ピン必要</td></tr><tr><td>メスヘッダー</td><td>sparkfun</td><td>PRT-00115</td><td>3ピン必要</td></tr></tbody></table>

バイオニック クリッカー マーク i ・ ii

The Bionic Clicker Mark I &amp; II

本稿では、2 つの人工の「クリッカー」システムを提案する最初の教育の目的および研究目的のため 2 番目の筋電図 (EMG) ベースの制御システムを示すために設計されています。EMG ベースの制御システム筋の活性化によって生成される電気信号をピックアップし、これらのコント ローラーの入力として使用します。EMG のコント ローラーは制御手足を義肢で活躍しています。
マーク私 (MK 私) クリッカーは、着用者は自分の人差し指を上げることによって、プレゼンテーションのスライドを変更するをことができます。それはマイクロ コント ローラーと計測される生体信号の周りに構築されてシールド。両方の国民の関心と研究コミュニティの多くが生成されます。
マーク II (MK II) デバイスをここで紹介は、簡単に変更することができます、直接筋データを送信、スマートな安くてよりカスタマイズ可能なシステム設計されました。それは無線対応マイコンと筋肉センサーを使用して構築されます。

MK II より手頃な価格、カスタマイズ可能な MK ほど厄介私デバイス。MK II のコストはわずか全体よりも単独で計測される生体信号シールド (75 USD) です。デバイスが無線マイコンが腕と潜在的同時に 6 筋のセンサーからの入力をサポートするよりもむしろ手首に大幅に小さく座っています。MK の機能的なバッテリの寿命私 9 V 550 mAh バッテリー使用時間のちょうど下はデバイスと (場合クリッカーとして使用) の MK II デバイスの機能的なバッテリの寿命は 3.7 V 150 mAh バッテリを使用して約 8 時間デバイスの比較については表 1を参照してください。
バイオニックのクリッカー MK II は、外転筋示指で使用すると、問題を持つことができます: アンプが飽和し、以上 (図 15を参照) を放電する 2 番目を取ることができます。電極とゲインを正しく設定の配置は、この問題を克服することができます注意してください。これが起こるとバイオニック クリッカー MK 私か、他の筋の筋肉が使わ。
しきい値トリガー値を見つけるデバイスを校正しながら、多数の異なる値が観察できます。彼らは 3 つの範囲に落ちる: 手が静止したときの値、手が動いているときの値および指が移動したときの値。表 2各範囲で記録された値を示しています。定常および範囲を移動する手は、最大値が表示され、指の緊張範囲の最小値が表示されます。値を移動する手上と下の値を緊張化指を横にしきい値が選択されます。移動範囲手に近い値は、偽陽性の可能性が高くなります、なくなり緊張範囲指に近い値は反対の効果、有病誤診の可能性が低くなります。
両方のデバイス外転指標筋緊張時に偽陰性および偽陽性のテスト場所。偽陰性は、デバイスは、筋肉の緊張時にスライドの変更をトリガーしませんでしたし、緊張が発生しなかった場合、スライドが変更された場合、偽陽性が記録されたときに記録されました。どちらのデバイス MK II デバイスは、時折偽陰性 (時間の 5% 未満) を経験したが、偽陽性の問題があった。MK 私デバイス エクスペリエンスない偽陽性または陰性、操作の最初の 45 分間が false の数ネガ急速に増加、50 分と時間間の総故障まで (表 3参照)。
これらの結果は、デバイスがその規定の目的に成功したことを表示します。表 1に示します MK II が安いとはこと MK I.表 2および表 3のショーよりも柔軟性とデバイス機能の作成者の意図と EMG ベースのトリガー デバイスとして使用することができます。図 15は、外転指標筋を使用している場合に発生する問題を示しています: これはほとんど筋肉で発生し、ゲインを変えることによって固定することができます問題ではないです。デバイスでは、いくつかの問題を持っていますが、彼らは目的の用途に十分です。
<img alt="Figure 1" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/55705/55705fig1.jpg"> 図 1:バイオニック クリッカー MK i.これは左の腕にバイオニック クリッカー MK マウント私は、すべてのコンポーネントを示しています。<a href="http://cloudflare.jove.com/files/ftp_upload/55705/55705fig1large.jpg" target="_blank">この図の拡大版を表示するのにはここをクリックしてください</a>。
<img alt="Figure 2" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/55705/55705fig2.jpg"> 図 2:デバイスのブロック ダイアグラム。各ボックスは、デバイスの別のセクションを表します各ボックス内はのセクションでは、デバイスの一部として、機能を実行します。<a href="http://cloudflare.jove.com/files/ftp_upload/55705/55705fig2large.jpg" target="_blank">この図の拡大版を表示するのにはここをクリックしてください</a>。
<img alt="Figure 3" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/55705/55705fig3.jpg"> 図 3: デバイスを構築するための手順を実行します。プロトコルの各ステップの概要を含むフロー図。<a href="http://cloudflare.jove.com/files/ftp_upload/55705/55705fig3large.jpg" target="_blank">この図の拡大版を表示するのにはここをクリックしてください</a>。
<img alt="Figure 4" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/55705/55705fig4.jpg"> 図 4: 初期 MK 私アセンブリ。マイコン計測される生体信号のシールドと電極ケーブル。<a href="http://cloudflare.jove.com/files/ftp_upload/55705/55705fig4large.jpg" target="_blank">この図の拡大版を表示するのにはここをクリックしてください</a>。
<img alt="Figure 5" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/55705/55705fig5.jpg"> 図 5:初期の MK II アセンブリ。筋肉センサーとはんだ付け接続マイクロ コント ローラー。<a href="http://cloudflare.jove.com/files/ftp_upload/55705/55705fig5large.jpg" target="_blank">この図の拡大版を表示するのにはここをクリックしてください</a>。
<img alt="Figure 6" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/55705/55705fig6.jpg"> 図 6: 電極配置します。この図は、外転筋示指を使用する場合一方で電極の適切な配置を示しています。<a href="http://cloudflare.jove.com/files/ftp_upload/55705/55705fig6large.jpg" target="_blank">この図の拡大版を表示するのにはここをクリックしてください</a>。
<img alt="Figure 7" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/55705/55705fig7.jpg"> 図 7:、MK II のケースの部品します。フォトリソグラフィ プリンターで印刷の準備ができての MK II のケースの部分。<a href="http://cloudflare.jove.com/files/ftp_upload/55705/55705fig7large.jpg" target="_blank">この図の拡大版を表示するのにはここをクリックしてください</a>。
<img alt="Figure 8" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/55705/55705fig8.jpg"> 図 8: 制御回路、MK 。(、) (ストリップ ボードが下側に壊れて連絡先を持っていた灰色のマーク) の上から回路基板。(b) 完成基板です。<a href="http://cloudflare.jove.com/files/ftp_upload/55705/55705fig8large.jpg" target="_blank">この図の拡大版を表示するのにはここをクリックしてください</a>。
<img alt="Figure 9" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/55705/55705fig9.jpg"> 図 9: 私は制御基板の回路図、MK 。MK の回路図私は基板の抵抗、スイッチ、配線間の接続を制御します。<a href="http://cloudflare.jove.com/files/ftp_upload/55705/55705fig9large.jpg" target="_blank">この図の拡大版を表示するのにはここをクリックしてください</a>。
<img alt="Figure 10" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/55705/55705fig10v2.jpg"> 図 10: 制御回路、MK 。(は) コントロール ボード (ストリップ ボードが下側の壊れた接触を持っていた灰色のマーク) の上から。(b) 完成品基板<a href="http://cloudflare.jove.com/files/ftp_upload/55705/55705fig10v2large.jpg" target="_blank">この図の拡大版を表示するのにはここをクリックしてください</a>。
<img alt="Figure 11" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/55705/55705fig11.jpg"> 図 11:、MK II 制御基板回路図。MK の回路図私は基板の抵抗、スイッチ、配線間の接続を制御します。<a href="http://cloudflare.jove.com/files/ftp_upload/55705/55705fig11large.jpg" target="_blank">この図の拡大版を表示するのにはここをクリックしてください</a>。
<img alt="Figure 12" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/55705/55705fig12.jpg"> 図 12: 組み立ての MK i.これは MK のすべてのコンポーネントを示しています私彼らは腕にマウントされていないデバイス。<a href="http://cloudflare.jove.com/files/ftp_upload/55705/55705fig12large.jpg" target="_blank">この図の拡大版を表示するのにはここをクリックしてください</a>。
<img alt="Figure 13" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/55705/55705fig13.jpg"> 図 13: クリッカー MK II の組み立てです。(、)、ケースの底にマイクロ コント ローラーの場所。(b) バッテリーを中間部に置き、ふたをします。(c) はその場合筋肉センサーを配置し、蓋に置きます。(d) 筋肉センサーをマイクロ コント ローラーとバッテリーをマイクロ コント ローラーに接続します。<a href="http://cloudflare.jove.com/files/ftp_upload/55705/55705fig13large.jpg" target="_blank">この図の拡大版を表示するのにはここをクリックしてください</a>。
<img alt="Figure 14" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/55705/55705fig14.jpg"> 図 14: 完成したバイオニック クリッカー MK II.(、)、フックとループのストラップ。(b) 手首に。<a href="http://cloudflare.jove.com/files/ftp_upload/55705/55705fig14large.jpg" target="_blank">この図の拡大版を表示するのにはここをクリックしてください</a>。
<img alt="Figure 15" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/55705/55705fig15.jpg"> 図 15:筋肉センサーの過飽和。この図では、うなる筋肉センサーを過飽和;台地は、筋肉の活性化はデバイス上の現在のゲイン設定にあまりにも強いです。<a href="http://cloudflare.jove.com/files/ftp_upload/55705/55705fig15large.jpg" target="_blank">この図の拡大版を表示するのにはここをクリックしてください</a>。
<table fo:keep-together.within-page="1"><tbody>
<tr>
<td></td>
			<td>MK 私</td>
			<td>MK II</td>
		</tr>
<tr>
<td>筋電位センサー</td>
			<td>一般的なバイオ センサー</td>
			<td>専用筋肉センサー</td>
		</tr>
<tr>
<td>ワイヤレス</td>
			<td>別の無線モジュール</td>
			<td>マイコン基板の</td>
		</tr>
<tr>
<td>ワイヤレス EMG ですか。</td>
			<td>違います</td>
			<td>うん</td>
		</tr>
<tr>
<td>バッテリー</td>
			<td>9 V PP3</td>
			<td>150 mAh リポ</td>
		</tr>
<tr>
<td>運用時間</td>
			<td>1 h</td>
			<td>8 h</td>
		</tr>
<tr>
<td>ビルド時間</td>
			<td>3。</td>
			<td>4 h</td>
		</tr>
<tr>
<td>総コスト</td>
			<td>$ 150</td>
			<td>$ 80</td>
		</tr>
<tr>
<td>偽陽性 (%)</td>
			<td>0</td>
			<td>0</td>
		</tr>
<tr>
<td>偽陰性 (%)</td>
			<td>0</td>
			<td>4.7</td>
		</tr>
</tbody></table>表 1: デバイスの比較。この表では、機能設計から、デバイスのいくつかの側面を比較します。
<table fo:keep-together.within-page="1"><tbody>
<tr>
<td></td>
			<td>定常 (最大)</td>
			<td>手の移動 (最大)</td>
			<td>指の緊張 (最小)</td>
			<td>しきい値</td>
		</tr>
<tr>
<td>MK 私</td>
			<td>25</td>
			<td>35</td>
			<td>215</td>
			<td>200</td>
		</tr>
<tr>
<td>MK II</td>
			<td>40</td>
			<td>280</td>
			<td>460</td>
			<td>400</td>
		</tr>
</tbody></table>表 2: 校正結果。この表は、静止している手と指が緊張化、移動手を維持しながら得られた値として選択されたしきい値値を示します。
<table fo:keep-together.within-page="1"><tbody>
<tr>
<td></td>
			<td colspan="3">偽陰性 (テストあらゆる 30 s) の数</td>
			<td colspan="2">偽陽性 (自発的なアクティベーション) 数</td>
		</tr>
<tr>
<td></td>
			<td>最初の 45 分</td>
			<td>45 分-1 h</td>
			<td>1 8 h</td>
			<td>最初の h</td>
			<td>1 8 h</td>
		</tr>
<tr>
<td>MK 私</td>
			<td>0</td>
			<td>35</td>
			<td>N/A</td>
			<td>0</td>
			<td>N/A</td>
		</tr>
<tr>
<td>MK II</td>
			<td>4</td>
			<td>1</td>
			<td>40</td>
			<td>0</td>
			<td>0</td>
		</tr>
</tbody></table>テーブル 3: デバイスのテスト。偽陽性と偽陰性 2 つのデバイス間の比較。
補足コード ファイル MK I と MK II: <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/55705/BionicClicker.ino" target="_blank">"BionicClicker.ino"をダウンロードするここをクリックしてください。</a> <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/55705/BLEBionicClicker.ino" target="_blank">"BLEBionicClicker.ino"をダウンロードするには、ここをクリックしてください。</a> <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/55705/BLEBoomTest.ino" target="_blank">"BLEBoomTest.ino"をダウンロードするには、ここをクリックしてください。</a> <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/55705/BLEThresholdTest.ino" target="_blank">"BLEThresholdTest.ino"をダウンロードするには、ここをクリックしてください。</a> <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/55705/BoomTest.ino" target="_blank">"BoomTest.ino"をダウンロードするには、ここをクリックしてください。</a> <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/55705/ThresholdTest.ino" target="_blank">"ThresholdTest.ino"をダウンロードするには、ここをクリックしてください。</a> <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/55705/Feather-Featherbase.stl" target="_blank">「羽-Featherbase.stl」をダウンロードするここをクリックしていますください。</a> <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/55705/Feather-Feathermid.stl" target="_blank">「羽-Feathermid.stl」をダウンロードするここをクリックしていますください。</a> <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/55705/Feather-Feathertop.stl" target="_blank">「羽-Feathertop.stl」をダウンロードするここをクリックしていますください。</a> <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/55705/Myo-Myobase.stl" target="_blank">「墓-Myobase.stl」をダウンロードするここをクリックしていますください。</a> <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/55705/Myo-Myolid.stl" target="_blank">「墓-Myolid.stl」をダウンロードするここをクリックしていますください。</a>

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。

バイオニック クリッカー マーク I ・ II

In this manuscript, we present two 'Bionic Clicker' systems, the first designed to demonstrate electromyography (EMG) based control systems for ...

この手順の全体的な目的は、筋電図研究およびオーダーメイドの支援機器のためのプラットフォームとして、簡単かつ安価にカスタマイズ可能なワイヤレストリガーデバイスを製作することです。筋電図は通常、安全技術の制御入力として利用されます。多くのケースで高額すぎる特定のソリューションが必要となるため、私たちは安価でカスタマイズが容易なデバイスを開発しました。ここでは、人差し指を振ることでプレゼンテーションのスライドを切り替えることができる2種類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に従ってバイオニックマーク1を製作してください。マーク2の製作を開始するには、上から正極、負極、および信号用の穴に、3つのヘッダーピンを1列に配置して筋肉センターに挿入します。次に、下側からピンをはんだ付けします。プライヤーを使用して、ヘテロピンを90度に曲げます。abductor indicus muscle（示指外転筋）を入力として使用する場合は、筋肉センサーから短い黒色のリファレンスケーブルを取り除いてください。次に、ワイヤーカッターを使用して、手首から手の甲まで届くように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用いて、各ケーブルの一端を剥離します。剥離した端のうち、背面側のワイヤーを筋肉センサーのR穴に、青色のワイヤーをE穴に、そして赤色のワイヤーをM穴に挿入してください。裏面で、ワイヤーを所定の位置にハンダ付けします。その後、単心マルチストランドワイヤーを8本カットします。テキストプロトコルの指示に従って、これらを配置し、ハンダ付けしてください。2つのEMGセンサーパッドを人指外転筋の両端に配置します。3つ目のパッドは手の甲の中央に配置してください。次に、青と赤のセンサーケーブルを筋肉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。電極を短指展筋に配置することは、本手順において最も重要なステップです。電極の配置を誤ると、デバイスにおいて多くの偽陽性および偽陰性が発生する可能性があります。手の小さい方の場合は、電極を正確に配置することが実際に不可能である場合があります。EMG出力のテストを開始するには、必要なファイルをすべてダウンロードし、テキストプロトコルに従ってマイクロコントローラをセットアップしてください。次に、コンピュータの電源プラグをコンセントから抜きます。USBケーブルを使用して、マイクロコントローラをコンピュータに接続します。閾値テストの該当するバージョンをマイクロコントローラにアップロードしてください。次に、シリアルモニタを開いてEMG出力を表示します。手の人差し指を左右に動かし、表示される値を記録してください。人差し指を動かさずに手を動かし、表示される値を記録します。次に、手が動いた時に見られた値よりも高く、かつ人差し指のみを動かした時に見られた値よりも低い値を選択します。閾値の選択は極めて重要です。閾値が低すぎると多くの偽陽性が現れ、高すぎると多くの偽陰性が現れるためです。筋肉の疲労や電線の移動もEC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。テスト閾値の測定を開始するには、テキストプロトコルに記載されている手順に従って、正しいコードをダウンロード、編集し、アップロードしてください。次に、人差し指を動かさずに手を周囲に動かします。シリアル出力に何も表示されていないことを確認してください。次に、人差し指を左右に動かします。まず、ストリップボード上の銅箔トラックをメスで切断します。そして、コントロールボードに10 kilo ohmの抵抗器を3つ配置します。次に、スライドスイッチ1個とプッシュボタンスイッチ2個を配置します。これらをボードの裏面にハンダ付けしてください。ワイヤカッターを使用して、マイクロコントローラーにハンダ付けされていた配線を切断し、ケースが閉まるのを妨げないよう、ケースの中間層を通して制御ボードまで配線できるようにします。その後、テキストプロトコルに従って配線をコントロールボードに配置し、はんだ付けで固定します。まず、マイコンから筋肉センサーへヘッダーコネクタを接続し、バイオニッククリッカーを再組み立てします。USBケーブルを使用して、マイコンをコンピュータに接続します。関連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した閾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をコンピュータから切り離します。デバイスをコンピュータに接続した後、人差し指を上げてスライドを進行させ、プレゼンテーションソフトウェアでクリッカーの動作を確認します。クリッカーの装着を開始するには、面ファスナー（マジックテープ）を幅35mm、手首に巻き付けられる十分な長さに切断します。次に、面ファスナーをケース底面のクリップに通します。マイクロコントローラーのメス端子を、筋電センサのオスピンに接続します。次に、電極をEMGケーブルにクリップで固定します。本研究では、筋電図（EMG）ベースの制御装置を作成します。装置のキャリブレーション中に、3つの異なる範囲を観察します。手が静止している時の値、手が動いている時の値、および人差し指を動かした時の値が測定されます。閾値は、手の動作時の値よりも高く、指の緊張時の値よりも低くなるように設定します。閾値を手の動作範囲に近い値に設定すると、偽陽性の可能性は高まりますが、偽陰性の可能性は低減します。指の緊張範囲に近い閾値に設定した場合とは逆の結果となります。その後、示指外転筋の測定において、デバイスの偽陽性と偽陰性をテストします。筋肉が緊張しているにもかかわらず、デバイスがスライドの切り替えをトリガーしなかった場合に、偽陰性と記録されます。tensing（緊張）が発生していないにもかかわらずスライドが変化した場合に偽陽性が記録されますが、どちらのデバイスにおいても偽陽性の問題は見られませんでした。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でしたが、50分から1時間の間にかけて偽陰性の数が急速に増加し、最終的にデバイスが完全に故障しました。したがって、どちらのデバイスも提示された目的を達成していますが、マーク2の方が安価で柔軟性が高く、試験期間中の信頼性にも優れています。この手順を行う際は、電極を正しく配置し、適切なしきい値を慎重に選択することが重要です。このデバイスの製作は数時間で完了します。また、閾値の決定方法を習得すれば、新しいユーザー向けの設定も数分で完了します。開発以来、この装置はいくつかの学生プロジェクトの基盤として、またオーダーメイドの患者用デバイスのコアコンポーネントとして利用されてきました。商用電源を扱う際は非常に危険であることに十分注意してください。デバイスに触れる前に、必ず主電源からデバイスのプラグを抜いてください。

Research

JoVE Journal

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