Bioniczny kliker Mark I i II
14 sierpnia 2017
Urządzenie zostało stworzone, aby zademonstrować laikom kontrolę opartą na elektromiografii. Po sukcesie pierwszego urządzenia stworzono drugie urządzenie z większą elastycznością w funkcjonalności do celów demonstracyjnych i badawczych. Protokół ten opisuje proces budowy i kalibracji obu urządzeń.
Ogólnym celem tej procedury jest wyprodukowanie i łatwe do dostosowania tanie, bezprzewodowe urządzenie wyzwalające jako platforma do badań elektromiograficznych i urządzeń wspomagających na zamówienie. Elektromiografia jest zwykle używana jako wejście sterujące dla bezpiecznej technologii. Ponieważ wiele stymulacji wymaga konkretnych rozwiązań, które są zbyt drogie, opracowaliśmy tanie, łatwe do dostosowania urządzenie.
Tutaj prezentujemy dwa bioniczne systemy klikerów, znak jeden i znak drugi, które pozwalały użytkownikowi zmienić slajd prezentacji poprzez machnięcie palcem wskazującym. Aby rozpocząć tę procedurę, zbuduj bioniczny znak jeden, zgodnie z opisem w protokole tekstowym. Aby rozpocząć budowanie znaku dwa, umieść rząd trzech kołków nagłówka w środku mięśnia w otworach dodatnich, ujemnych i sygnałowych od góry.
Następnie piny od spodu. Za pomocą szczypiec zegnij heteropiny pod kątem 90 stopni. Jeśli używasz mięśnia odwodziciela indicus jako wejścia, odłącz krótki odniesienia od czujnika mięśniowego.
Następnie użyj przecinaka do drutu, aby przeciąć trzy EMG, które biegną od nadgarstka do grzbietu dłoni. Za pomocą ściągacza izolacji zdejmij izolację z każdego. Umieść odizolowany koniec tylnego przewodu w otworze R, niebieski przewód w otworze E, a czerwony przewód w otworze M czujnika mięśniowego.
Na spodzie przewody na miejsce. Następnie przetnij osiem jednożyłowych drutów wielowątkowych. Umieść je i zgodnie z opisem w protokole tekstowym.
Umieść dwie elektrody z czujnikiem EMG na obu końcach mięśnia odwodziciela wskazującego. I trzecia podkładka na środku grzbietu dłoni. Następnie podłącz niebieski i czerwony czujnika do opuszków nad mięśniem, a do pada na grzbiecie dłoni.
Umieszczenie elektrod na mięśniach odwodziciela jest najbardziej krytycznym etapem procedury, ponieważ nieprawidłowe umieszczenie elektrod może spowodować wiele wyników fałszywie dodatnich i wiele fałszywie ujemnych w urządzeniu. Na mniejszych dłoniach prawidłowe umieszczenie elektrod może być w rzeczywistości niemożliwe. Aby rozpocząć testowanie wyjścia EMG, pobierz wszystkie niezbędne pliki i skonfiguruj mikrokontroler zgodnie z opisem w protokole tekstowym.
Następnie odłącz komputer od sieci. Za pomocą USB podłącz mikrokontroler do komputera. Prześlij odpowiednią wersję testu progowego do mikrokontrolera.
Następnie otwórz monitor szeregowy, aby wyświetlić wyjście EMG. Przesuwaj palec wskazujący dłoni z boku na bok, rejestrując wyświetlane wartości. Poruszaj ręką bez poruszania palcem wskazującym i zapisuj wyświetlane wartości.
Następnie wybierz wartość powyżej tego, co było widoczne, gdy ręka została poruszona, ale poniżej sceny, w której poruszany był sam palec wskazujący. Wybranie wartości progowej ma kluczowe znaczenie, ponieważ jeśli jest zbyt niska, otrzymasz wiele wyników fałszywie dodatnich. A jeśli jest zbyt wysoki, otrzymasz wiele fałszywie ujemnych wyników.
Należy pamiętać, że zmęczenie mięśni i ruch przewodów mogą również wpływać na wartość EC.To rozpocznij próg testowy, pobierz, edytuj i prześlij prawidłowy kod zgodnie z opisem w protokole tekstowym. Następnie poruszaj ręką bez poruszania palcem wskazującym. Upewnij się, że nic nie jest wyświetlane na wyjściu szeregowym.
Następnie przesuwaj palec wskazujący z boku na bok. Aby rozpocząć, rozbij miedzianą ścieżkę na desce listwowej za pomocą skalpela. I umieść trzy rezystory 10 kiloomów na tablicy sterowniczej.
Następnie umieść przełącznik suwakowy i dwa przełączniki przyciskowe. je na spodzie płytki. Za pomocą przecinaka do drutu przetnij przewody, które zostały wcześniej przylutowane do mikrokontrolera tak, aby przewody mogły przebiegać przez środkową warstwę obudowy mikrokontrolera do płyty sterującej, nie zapobiegając zamknięciu obudowy.
Następnie umieść przewody w tablicy sterowniczej zgodnie z opisem w protokole tekstowym, przewody na miejscu. Aby rozpocząć, zmontuj bioniczny kliker, łącząc złącze nagłówka od mikrokontrolera do czujnika mięśniowego. Za pomocą USB podłącz mikrokontroler do komputera.
Po pobraniu odpowiedniego pliku edytuj kod, zastępując tekst zastępczy określoną wartością wyzwalającą próg. Następnie odłącz USB, aby odłączyć mikrokontroler od komputera. Po podłączeniu urządzenia do komputera przetestuj kliker za pomocą oprogramowania do prezentacji, podnosząc palec wskazujący, aby przejść do slajdów.
Aby rozpocząć montaż zatrzasku, przytnij dwustronny materiał na rzep tak, aby miał 35 metrów szerokości i wystarczająco długi, aby owinąć się wokół nadgarstka. Następnie wsuń materiał haczyka i pętelki przez klipsy w dolnej części etui. Podłącz żeńskie złącze header z mikrokontrolera do męskich pinów nagłówka na czujniku mięśniowym.
Następnie wpiąć elektrody w EMG. W tym badaniu tworzono urządzenie kontrolne oparte na elektromiografii. Podczas kalibracji urządzenia obserwuje się trzy różne zakresy.
Wartości, gdy ręka jest nieruchoma, wartości, gdy ręka jest w ruchu, i wartości, gdy poruszany jest palec wskazujący. Wartość progowa jest wybierana tak, aby leżała powyżej wartości ruchu ręki i poniżej wartości napinania palca. Wartość progowa bliższa zakresowi poruszającej się ręki spowoduje zwiększenie prawdopodobieństwa wystąpienia wyników fałszywie dodatnich, ale zmniejszy się liczba potencjalnych wyników fałszywie ujemnych.
Wartość progowa bliższa zakresowi napinania palca będzie miała odwrotną wartość. Urządzenia są następnie testowane pod kątem wyników fałszywie dodatnich i ujemnych podczas testowania mięśnia odwodziciela wskazującego. Wynik fałszywie ujemny jest rejestrowany, gdy urządzenie nie wyzwala zmiany suwaka, gdy mięsień jest napięty.
Podczas gdy wynik fałszywie dodatni jest rejestrowany, gdy slajd zmienił się, gdy nie wystąpiło napięcie. Żadne z urządzeń nie miało problemu z fałszywymi alarmami. Podczas gdy jedno urządzenie nie doświadcza żadnych wyników fałszywie ujemnych w ciągu pierwszych 45 minut, liczba wyników fałszywie ujemnych gwałtownie rośnie, aż do całkowitej awarii urządzenia w ciągu 50 minut do jednej godziny.
Tak więc, podczas gdy oba urządzenia odnoszą sukces w swoich deklarowanych celach, znak dwa jest tańszy, bardziej elastyczny i bardziej niezawodny w trakcie testów. Podczas wykonywania tej procedury ważne jest, aby prawidłowo umieścić elektrody, a także zachować ostrożność przy wyborze prawidłowej wartości progowej. Budowę tego urządzenia można wykonać w ciągu kilku godzin.
A gdy znalezienie progu zostanie opanowane, można go skonfigurować dla nowego użytkownika w ciągu kilku minut. Od momentu opracowania, urządzenie to było wykorzystywane jako podstawa kilku projektów studenckich, a także jako podstawowy komponent w urządzeniu na zamówienie dla pacjenta. Nie zapominaj, że praca z główną energią elektryczną może być bardzo niebezpieczna.
Odłączenie urządzeń od głównego źródła zasilania powinno nastąpić przed jakimkolwiek kontaktem ze skórą urządzenia, do którego jest wykonane.
Przegląd
Niniejsze badanie przedstawia opracowanie dwóch urządzeń sterujących opartych na elektromiografii, zaprojektowanych do celów demonstracyjnych i badawczych. Urządzenia te umożliwiają użytkownikom sterowanie prezentacjami za pomocą sygnałów mięśniowych, stanowiąc kosztowo efektywne i konfigurowalne rozwiązanie dla zastosowań elektromiografii.
Kluczowe elementy badania
Dziedzina nauki
- Elektromiografia
- Technologie wspomagające
- Kalibracja urządzenia
Wstęp
- Elektromiografia jest powszechnie wykorzystywana jako wejście sterujące w technologii.
- Istniejące rozwiązania mogą być nadmiernie kosztowne i nieelastyczne.
- Celem badania jest stworzenie urządzenia konfigurowalnego i przystępnego cenowo.
- Opracowano dwie wersje urządzenia: Mark One oraz Mark Two.
Cel badania
- Stworzenie bezprzewodowego urządzenia wyzwalającego do badań w zakresie elektromiografii.
- Wykazanie możliwości wykorzystania sygnałów mięśniowych do sterowania urządzeniem.
- Zapewnienie platformy do opracowywania spersonalizowanych urządzeń wspomagających.
Zastosowane metody
- Konstrukcja dwóch bionicznych systemów klikaczy.
- Kalibracja urządzeń poprzez umieszczenie elektrod na konkretnych mięśniach.
- Testowanie obecności wyników fałszywie dodatnich i fałszywie ujemnych podczas pracy.
- Dostosowanie wartości progowych w celu dokładnego wykrywania sygnału.
Główne wyniki
- Oba urządzenia pomyślnie zademonstrowały sterowanie za pomocą elektromiografii.
- Mark Two wykazał większą niezawodność i elastyczność w porównaniu do Mark One.
- W przypadku obu urządzeń nie odnotowano wyników fałszywie dodatnich.
- W przypadku Mark One z czasem obserwowano wzrost liczby wyników fałszywie ujemnych.
Wnioski
- Urządzenia te stanowią kosztowo efektywne rozwiązanie dla zastosowań w elektromiografii.
- Prawidłowe rozmieszczenie elektrod ma kluczowe znaczenie dla wydajności urządzenia.
- Ze względu na swoją niezawodność, do dłuższego użytkowania zaleca się Mark Two.
Najczęściej zadawane pytania
Zastosowanie w przemyśle
Systemy sterowania oparte na elektromiografii (EMG), czego przykładem są urządzenia Bionic Clicker Mark I & II, stanowią konfigurowalną i kosztowo efektywną platformę do prototypowania urządzeń we wczesnej fazie badań nad interfejsami nerwowo-mięśniowymi. Systemy te umożliwiają precyzyjną akwizycję sygnałów oraz wyzwalanie zdarzeń w oparciu o progi, co wspiera rzetelną weryfikację hipotez i walidację funkcjonalną w procesie rozwoju urządzeń translacyjnych. Ich adaptacyjność oraz bezpośrednia transmisja danych EMG ułatwiają szybką iterację i integrację międzyfunkcyjną w procesach badawczo-rozwojowych.
Strategiczne zastosowania w badaniach biofarmaceutycznych&D
Wczesne odkrywanie i walidacja celu
- Umożliwia badanie szlaków sygnałowych nerwowo-mięśniowych w celu walidacji sterowania ukierunkowanego na urządzenie.
- Wspiera funkcjonalną redukcję ryzyka poprzez kwantyfikację wierności sygnału EMG i responsywności urządzenia.
- Ułatwia uzyskanie pewności predykcyjnej w detekcji aktywacji mięśni w badaniach nad urządzeniami wspomagającymi.
Przesiewanie i opracowywanie testów
- Zapewnia zwalidowaną platformę do kalibracji progów sygnału EMG oraz minimalizacji wyników fałszywie dodatnich i fałszywie ujemnych.
- Standaryzuje rozmieszczenie elektrod i akwizycję sygnałów w celu zapewnienia powtarzalności testów urządzenia.
- Umożliwia ilościową ocenę wydajności urządzenia w różnych grupach użytkowników.
Badania translacyjne i przedkliniczne
- Jest zgodne ze strategiami biomarkerów translacyjnych poprzez powiązanie wyników EMG z funkcjonalnymi punktami końcowymi urządzenia.
- Wspiera ciągłość przejścia od prototypowania laboratoryjnego do walidacji przedklinicznej interfejsów nerwowo-mięśniowych.
- Zmniejsza niejednoznaczność mechanistyczną w detekcji zdarzeń wyzwalanych przez urządzenie.
Integracja potoku i przepływu pracy
Przepływ pracy Bionic Clicker integruje etapy od wczesnego odkrycia, przez screening urządzeń, aż po prototypowanie przedkliniczne, wspierając iteracyjną optymalizację i standaryzację międzyzespołową.
- Biologia odkrywcza: Umożliwia testowanie hipotez dotyczących kontroli sygnałów mięśniowych oraz progów aktywacji urządzenia.
- Screening: Dostarcza powtarzalne, ilościowe odczyty EMG w celu kalibracji urządzenia i adaptacji do konkretnego użytkownika.
- Analityka: Zapewnia monitorowanie sygnałów w czasie rzeczywistym oraz statystyczne wyznaczanie progów w celu porównania stanów pracy urządzenia.
- Badania translacyjne: Łączy walidację EMG w warunkach laboratoryjnych z przedklinicznymi badaniami wydajności urządzenia.
- Ponowne wykorzystanie w przedsiębiorstwie: Oferuje modularną, modyfikowalną platformę dla ciągłych innowacji w zakresie urządzeń nerwowo-mięśniowych.
Wpływ operacyjny i przedsiębiorstwowy
- Wartość naukowa: Zwiększa pewność predykcji w sterowaniu urządzeniami w oparciu o EMG i redukuje liczbę fałszywych zdarzeń.
- Wartość operacyjna: Usprawnia kalibrację urządzeń, standaryzuje rozmieszczenie elektrod i wspiera szybkie wdrażanie użytkowników.
- Wartość strategiczna: Umożliwia efektywne podejmowanie decyzji go/no-go podczas prototypowania urządzeń i redukuje ryzyko techniczne na późnych etapach.
- Wpływ na portfolio: Wspiera priorytetyzację projektów interfejsów nerwowo-mięśniowych z uwzględnieniem analizy ryzyka.
Wskazówki dotyczące wdrożenia
- Wymaga wiedzy specjalistycznej w zakresie akwizycji sygnałów EMG i rozmieszczenia elektrod.
- Wymaga programowania mikrokontrolerów i podstawowej infrastruktury elektronicznej.
- Wymaga rygorystycznej kalibracji międzyużytkownikowej w celu zminimalizowania wyników fałszywie dodatnich i fałszywie ujemnych.
- Adaptacja może być ograniczona przez anatomię użytkownika oraz ograniczenia związane z rozmieszczeniem elektrod.
- Niezawodność urządzenia jest wpływana przez zmęczenie mięśni oraz stabilność sprzętową.
Najczęściej zadawane pytania dotyczące biofarmacji
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
