التمشي على سطح القمر: ردود فعل صناعية اصطناعية: 5 خطوات

2024 مؤلف: John Day | [email protected]. آخر تعديل: 2024-01-30 07:38

وصف:

Moonwalk هو جهاز اصطناعي حساس للضغط للأفراد الذين يعانون من ضعف الإحساس باللمس (أعراض تشبه أعراض الاعتلال العصبي). تم تصميم Moonwalk لمساعدة الأفراد على تلقي ردود فعل لمسية مفيدة عندما تتلامس أقدامهم مع الأرض ، حتى يتمكنوا من تحسين التوازن + الحركة.

صممه وجعله مفتوح المصدر من قبل أكشاي ديناكار.

لمشاهدة المزيد من المشاريع والإبداعات ، تفضل بزيارة www.akshaydinakar.com/lab ، استوديو التصميم غير الربحي التابع لشركة Akshay Dinakar Design.

الفيسبوك: www.facebook.com/akshaydinakar | الإنستقرام:AkshayDinakarDesign

يستخدم هذا الجهاز التعويضي مستشعر الفيلوستات (يتم توصيله عبر الالتصاق الطبي أو شفط النانو أو غلاف من القماش بأي جزء ذي صلة من الجسم) لقراءة قيم الضغط عبر المسامير التناظرية الموجودة على متحكم دقيق مناسب. بمجرد أن تصل قيمة الضغط إلى حد معين ، يتم تنشيط إشارة لمسية محددة ، لتنبيه المستخدم إلى أنه قد اتصل بسطح ما.

نيتي:

الهدف من هذا المشروع هو إنشاء جهاز اصطناعي منخفض التكلفة لتعزيز استقلالية وحركة أي فرد يعاني من خدر في جزء من جسمه. لدي خبرة شخصية مع أفراد الأسرة الذين يعانون من هذه الحالة ، وأردت إنشاء حل يسهل الوصول إليه يمكن للآخرين ذوي الخبرة الهندسية المحدودة تجميعه بمفردهم. نظرًا لإضفاء الطابع الفردي على الأعراض والتنوع في توافر المكونات الإلكترونية ، من الصعب إنشاء جهاز يعمل لمجموعة من حالات الاستخدام. ومع ذلك ، أنا فخور بإطلاق Moonwalk كحل يمكن استخدامه على أي طرف / جزء متأثر من الجسم ، متوافق مع مجموعة من عوامل الشكل (أيهما أكثر ملاءمة للمستخدم).

لاعتبارات جمالية وإنهاء احترافي ، لقد استخدمت تقنيات تصنيع متقدمة بما في ذلك اللحام ، وقولبة / صب السيليكون ، والطباعة ثلاثية الأبعاد لتجميع هذا الطرف الاصطناعي. ومع ذلك ، فإن تقنيات الخياطة والخياطة البسيطة تؤدي أيضًا إلى إنجاز المهمة.

خلفية:

يعاني ما يقرب من 20 مليون فرد في الولايات المتحدة وحدها من اعتلال الأعصاب ، وهو أحد الآثار الجانبية الشائعة لمرض السكري والسرطان والتهاب المفاصل. يتميز الاعتلال العصبي بمزيج من الآلام الحادة وخز وخدر في اليدين والقدمين لدى الأفراد نتيجة لتلف الأعصاب المحيطية. يمكن أن يحد الاعتلال العصبي بشدة من الحركة عن طريق تقليل الإحساس باللمس عند ملامسة القدمين واليدين للأسطح. ومع ذلك ، فإن ردود الفعل اللمسية في شكل اهتزازات على أجزاء غير متأثرة من الجسم يمكن أن تساعد الأفراد على استعادة التوازن من خلال ربط التغذية الراجعة بإحساسهم التحسسي.

اللوازم

المعدات:

متحكم دقيق (أي من الخيارات التالية رائع):

• Arduino Nano (أصغر حجم مادي ، ولكنه يتطلب مكونات إلكترونية إضافية للشحن)
• Adafruit Flora (خيار الانتقال للأجهزة القابلة للارتداء - عامل الشكل المسطح وشحن مدمج)
• Adafruit Feather (يحتوي على الكثير من الميزات الإضافية التي لا نحتاج إليها ، ولكن شكل مضغوط للغاية وشحن مدمج). سأستخدم هذا المتحكم الدقيق في هذا البرنامج التعليمي. هناك إصدارات مختلفة من Feather تتضمن شرائح BLE أو WiFi أو راديو - أي منها سيعمل.

محرك الاهتزاز:

محرك اهتزاز LRA (قادر على توفير إحساس اهتزاز أكثر قابلية للتخصيص من محرك اهتزاز ERM النموذجي). سيعمل أي محرك اهتزاز أقل من 3 فولت ، لكن LRA سيكون أقوى خرج اهتزاز (نحن نستخدم دائرة مبسطة لجعل تصميمنا مضغوطًا [تشغيل محرك الاهتزاز مباشرة من وحدة التحكم الدقيقة) ، ومعظم المتحكمات الدقيقة لها قيود حالية تضعف الاهتزاز الخضوع ل)

محرك Haptic Motor Driver (واجهات بين المتحكم الدقيق ومحرك الاهتزاز):

محرك Haptic Motor Driver (DRV2605L ، تم تصنيعه بواسطة Texas Instruments وتوزيعه بواسطة Adafruit)

بطارية Li-Po (في مكان ما في نطاق 100-350 مللي أمبير في الساعة يجب أن تكون كثيرة):

3.7 فولت ، 350 مللي أمبير Li-Po

سلك السيليكون:

22 AWG Silicone Wire (يوفر السيليكون توازنًا رائعًا من المرونة والمتانة للسلك ، وهو القطر المناسب)

مادة Velostat

Velostat هو سطح حساس للضغط يغير المقاومة عند الضغط عليه أو ضغطه

الشريط

سيعمل أي نوع من الأشرطة (مجرى ، سكوتش ، كهربائي ، إخفاء) ، لكنني أوصي بشريط تغليف عريض وشفاف. سوف تحتاج فقط بضع بوصات

رقائق الألومنيوم (ما عليك سوى حوالي 4 × 4 بوصات)

برمجة:

Arduino IDE (مجاني للتنزيل والاستخدام ، احصل عليه هنا وتثبيته:

الخطوة 1: قم بتجميع مستشعر ضغط Velostat

إنه أبسط مما تعتقد.

1. قطع القطيفة إلى الحجم. استخدم مقصًا لقص ورقة القطيفة بأي حجم تريده. إذا كنت تستخدم هذا الطرف الاصطناعي للأقدام ، اجعله بحجم كعب. إذا كنت تستخدمه للأيدي أو الأصابع ، اجعله بأبعاد أي جلد تريد تغطيته.

2. قطع رقائق الألومنيوم إلى الحجم. قطع قطعتين من رقائق الألومنيوم بنفس أبعاد قطعة الفيلوستات. ضع قطعة الفيلوستات بين قطعتين من رقائق الألومنيوم. رقائق الألومنيوم بمثابة طبقة موصلة.

3. قطاع سلك السيليكون. باستخدام أدوات تقشير الأسلاك ، قم بإزالة 3-4 بوصات من الأسلاك المكشوفة من قطعتين من أسلاك السيليكون. يجب أن يكون طول كل سلك سيليكون حوالي 15-20 بوصة (اجعلهما بنفس الطول من أجل المظهر الجمالي). ضع كل سلك مجردة على جانب من ورق الألومنيوم. الترتيب العام للشطيرة هو الآن: سلك منزوع 1 ، ورق ألومنيوم 1 ، فيلوستات ، ورق ألومنيوم 2 ، سلك منزوع 2.

4. الشريط حساس الضغط معا. الصق شطيرة المكون الخاصة بك وقم بقطع أي أجزاء إضافية من الشريط ، بحيث يتم ربط كل شيء معًا بإحكام. من المهم للغاية أن يقوم الفيلوستات بفصل جانبي الساندويتش بشكل نظيف (يجب ألا يتلامس ورق الألمنيوم / السلك المجرد في الأسفل مع أي جزء من الأسطح الموصلة العلوية).

5. جديلة السلك. للحفاظ على الأسلاك معًا ومنعها من التقليب أثناء حركة المستخدم ، قم بلفها معًا (كلما قمت بالدوران أكثر ، كلما كانت أكثر أمانًا). هذه أيضًا ممارسة جيدة للهندسة الكهربائية عندما يكون لديك مجموعات من الأسلاك الطويلة تنتقل من نفس البداية إلى نقطة النهاية.

الخطوة 2: قم بتوصيل المكونات الخاصة بك

حان الوقت لتوصيل جميع أجزائك الإلكترونية الفردية. لقد قمت بلحام جميع مكوناتي معًا ، ولكن من الممكن أيضًا استخدام لوح التجارب (في هذه الحالة ، ستظل بحاجة إلى لحام دبابيس على المتحكم الدقيق وسائق المحرك اللمسي).

1. مستشعر ضغط اللحام بالمتحكم الدقيق: قم بتوصيل أحد الأسلاك المضفرة بمسمار تناظري (A1) من وحدة التحكم الدقيقة ، وقم بلحام السلك المضفر المتبقي بالمسمار الأرضي (Gnd).

2. محرك اهتزاز اللحام ببرنامج تشغيل المحرك اللمسي: قم بتوصيل السلك الأحمر (الموجب) لمحرك الاهتزاز بالطرف + والسلك الأزرق (الأرضي) في - طرف محرك المحرك اللمسي.

3. لحام المحرك اللامسي إلى متحكم دقيق: باستخدام جزأين قصيرين جدًا من سلك السيليكون ، قم بلحام المسامير التالية الموجودة على محرك المحرك اللمسي بالمتحكم الدقيق.

• VIN -> 3V
• GND -> GND
• SCL -> SCL
• SDA -> SDA

* يستخدم المحرك اللمسي نوعًا من نظام الاتصال يسمى I2C "للتحدث" إلى وحدة التحكم الدقيقة. دبابيس SCL و SDA هي مسارات حدوث هذا الاتصال.

4. توصيل البطارية: قم بتوصيل رأس بطارية Li-Po بوحدة التحكم الدقيقة. إذا كانت بطاريتك مشحونة بعض الشيء ، فقد يضيء مؤشر LED في وحدة التحكم الدقيقة. أولى بوادر الحياة!:)

الخطوة الثالثة: برمجة أجهزتك الإلكترونية

إذا لم تقم بتنزيل Arduino IDE وتثبيته بعد ، فقد حان الوقت الآن. أحب أن أكتب "pseudocode" لبرنامجي بالكلمات قبل أن أبدأ في الترميز ، لذا فقد اكتشفت بالفعل ما أحتاج إلى كتابته في C ++.

إليك ما يفعله كود برنامج الأطراف الاصطناعية الخاص بنا:

عدة مرات في الثانية ، يقرأ المتحكم الدقيق الخاص بنا قيمة الضغط التي يكتشفها المستشعر ، وإذا كانت قيمة الضغط قوية بدرجة كافية (بمعنى آخر ، يكون المستشعر على اتصال بالأرض) ، نقوم بتنشيط أي نمط اهتزاز نريده من سائق محرك لمسي. ينجز الكود المرفق هذه الوظيفة الأساسية ، ولكن من السهل تخصيص محركك لتوفير اهتزازات من أنماط أو قوة مختلفة ، بناءً على القيم المختلفة التي يكتشفها مستشعر الضغط (أي التلامس الخفيف مقابل التلامس القوي)

* أفترض معرفة أساسية باستخدام Arduino IDE ، وتثبيت المكتبات وتحميل الكود إلى وحدة تحكم صغيرة متصلة. إذا كنت جديدًا تمامًا على Arduino ، فاستخدم هذه البرامج التعليمية للحصول على السرعة.

1. قم بتنزيل وتثبيت ملفات Adafruit DRV في نفس المجلد الذي يوجد به رسم Arduino.

2. قم بتنزيل برنامج LevitateVelostatCode وتحميله وتشغيله على وحدة التحكم الدقيقة الخاصة بك (تأكد من ضبط المتغيرات بشكل مناسب بناءً على حساسية مستشعر الفيلوستات الخاص بك. يمكنك معايرة قيم CLIFF & CUTOFF عن طريق فتح Arduino Serial Monitor واختبار مختلف حدود الضغط ، لحالة الاستخدام التي تحتاجها.

3. مبروك! لديك بالفعل جهاز اصطناعي يعمل. الباقي هو جماليات وتقرير كيف تريد إرفاقه بجسم المستخدم.

الخطوة 4: عامل الشكل + الجماليات

الأمر متروك لك أين وكيف تريد ربط Moonwalk بجسم المستخدم. كانت حالة الاستخدام المتصورة في الأصل تتعلق باكتشاف ملامسة القدم ، لذا فإن مستشعر الضغط يتناسب بشكل طبيعي مع كعب المستخدم.

للحفاظ على الأجهزة الإلكترونية لطيفة ومضغوطة ، صممت وصنعت حاوية مبيت (مطبوعة ثلاثية الأبعاد ومصبوبة بالسيليكون ، للسماح بتلامس مرن مع الجلد). لقد أرفقت الملفات ثلاثية الأبعاد (في شكل STL.) بهذا Instructable.

* للحصول على أقصى اهتزاز ، من المهم أن يكون محرك LRA (الذي يعمل عن طريق توليد اهتزازات بسرعة من زنبرك المحور z) على اتصال مباشر مع الأسطح التي تلامس الجلد (على عكس ERM ، إذا كان LRA يطفو في الجو ، لن يشعر الجلد بأي شيء). بالنسبة لتصميمي ، من المنطقي توصيل الإلكترونيات عبر وسادة شفط نانوية / جل (يمكن شراؤها بسهولة عبر الإنترنت وهي رائعة للاستخدامات المتعددة على الجلد) أو شريط طبي أو غلاف من القماش. من الناحية النظرية ، يمكنك أيضًا الانزلاق على سطح القمر تحت الملابس المرنة / اللدنة ، إذا تم استخدامها على الساق أو الفخذ.

الخطوة الخامسة: الطرف الاصطناعي النهائي

آمل أن يقدم تصميمي بعض الفوائد لك. لا تتردد في تعديل هذا التصميم الأساسي وتعديله وتحسينه - ولا تكن غريباً! يمكن الاتصال بي من خلال موقع الويب الخاص بي (www.akshaydinakar.com/home).