Moonwalk: Prostetik Umpan Balik Haptic: 5 Langkah

2024 Pengarang: John Day | [email protected]. Terakhir diubah: 2024-01-30 09:55

Keterangan:

Moonwalk adalah perangkat prostetik sensitif tekanan untuk individu dengan gangguan sensasi taktil (gejala mirip neuropati). Moonwalk dirancang untuk membantu individu menerima umpan balik haptic yang bermanfaat ketika kaki mereka bersentuhan dengan tanah, sehingga mereka dapat meningkatkan keseimbangan + mobilitas.

Dirancang & dibuat open-source oleh Akshay Dinakar.

Untuk melihat lebih banyak proyek & kreasi, kunjungi www.akshaydinakar.com/lab, studio desain nirlaba Akshay Dinakar Design.

Facebook: www.facebook.com/akshaydinakar | Instagram: @AkshayDinakarDesign

Perangkat prostetik ini menggunakan sensor velostat (dipasang melalui adhesi medis, nanosuction, atau selongsong kain ke bagian tubuh yang relevan) untuk membaca nilai tekanan melalui pin analog pada mikrokontroler yang sesuai. Setelah nilai tekanan mencapai batas tertentu, sinyal haptic tertentu diaktifkan, memperingatkan pengguna bahwa mereka telah melakukan kontak dengan permukaan.

Niat saya:

Maksud dari proyek ini adalah untuk membuat perangkat prostetik berbiaya rendah untuk meningkatkan kemandirian + mobilitas setiap individu dengan mati rasa di bagian tubuh mereka. Saya memiliki pengalaman pribadi dengan anggota keluarga yang mengalami kondisi ini, dan ingin membuat solusi yang dapat diakses yang dapat dirakit sendiri oleh orang lain dengan pengalaman teknik terbatas. Karena individualisasi gejala dan variasi ketersediaan komponen elektronik, menciptakan perangkat yang berfungsi untuk berbagai kasus penggunaan merupakan tantangan. Namun, saya bangga merilis Moonwalk sebagai solusi yang dapat digunakan pada semua anggota tubuh / bagian tubuh yang terkena, kompatibel dengan berbagai faktor bentuk (mana yang paling sesuai untuk pengguna).

Untuk pertimbangan estetika dan penyelesaian profesional, saya telah menggunakan teknik fabrikasi canggih termasuk penyolderan, pencetakan / pengecoran silikon, dan pencetakan 3D untuk merakit prostetik ini. Namun, teknik papan tempat memotong roti dan menjahit sederhana juga menyelesaikan pekerjaan.

Latar belakang:

Hampir 20 juta orang di AS saja mengalami neuropati, efek samping yang umum dari diabetes, kanker, & radang sendi. Neuropati ditandai dengan campuran nyeri kesemutan yang tajam dan mati rasa di tangan dan kaki individu, sebagai akibat dari kerusakan saraf perifer. Neuropati dapat sangat membatasi mobilitas dengan mengurangi sensasi sentuhan ketika kaki dan tangan bersentuhan dengan permukaan. Namun, umpan balik haptic dalam bentuk getaran pada bagian tubuh yang tidak terpengaruh dapat membantu individu mendapatkan kembali keseimbangan dengan menghubungkan umpan balik dengan indra proprioseptif mereka.

Perlengkapan

Perangkat keras:

Mikrokontroler (salah satu opsi di bawah ini fantastis):

• Arduino Nano (ukuran fisik terkecil, tetapi akan membutuhkan komponen elektronik tambahan untuk pengisian daya)
• Adafruit Flora (pilihan masuk untuk perangkat yang dapat dikenakan - faktor bentuk datar dan memiliki pengisian daya bawaan)
• Adafruit Feather (memiliki banyak fitur tambahan yang tidak kami butuhkan, tetapi bentuknya sangat ringkas & pengisian daya bawaan). Saya akan menggunakan mikrokontroler ini untuk tutorial ini. Ada berbagai versi Feather selain yang menyertakan BLE, WiFi, atau chip Radio – semuanya akan berfungsi.

Getaran Motor:

Motor getaran LRA (mampu memberikan sensasi getaran yang jauh lebih dapat disesuaikan daripada motor getaran ERM biasa). Motor getaran apa pun di bawah 3V akan berfungsi, tetapi LRA akan menjadi keluaran getaran terkuat (kami menggunakan rangkaian yang disederhanakan untuk membuat desain kami ringkas [menyalakan motor getaran langsung dari mikrokontroler), dan kebanyakan mikrokontroler memiliki batasan arus yang melemahkan getaran kekuatan)

Driver Motor Haptic (antarmuka antara mikrokontroler dan motor getaran):

Haptic Motor Driver (DRV2605L, diproduksi oleh Texas Instruments dan didistribusikan oleh Adafruit)

Baterai Li-Po (di suatu tempat dalam kisaran 100 - 350 mAh seharusnya cukup):

3.7v, 350 mAh Li-Po

Kawat silikon:

22 AWG Silicone Wire (silikon memberikan keseimbangan fleksibilitas dan daya tahan yang luar biasa untuk kawat, dan merupakan diameter yang tepat)

Bahan Velostat

Velostat adalah permukaan peka tekanan yang mengubah tahanan saat ditekan atau dikompresi

Tape

Semua jenis selotip (saluran, Scotch, listrik, penutup) dapat digunakan, tetapi saya merekomendasikan selotip transparan & lebar. Anda hanya perlu beberapa inci

Aluminium Foil (Anda hanya membutuhkan sekitar 4x4 inci)

Perangkat lunak:

Arduino IDE (Gratis untuk mengunduh & menggunakan, dapatkan di sini & instal:

Langkah 1: Pasang Sensor Tekanan Velostat Anda

Ini lebih sederhana dari yang Anda pikirkan.

1. Potong velostat sesuai ukuran. Gunakan gunting untuk memotong lembaran velostat Anda ke sensor ukuran apa pun yang Anda butuhkan. Jika Anda menggunakan kaki palsu ini, buatlah seukuran tumit. Jika Anda menggunakannya untuk tangan atau jari, buatlah sesuai dengan ukuran kulit yang ingin Anda tutupi.

2. Potong aluminium foil sesuai ukuran. Potong dua lembar aluminium foil dengan ukuran yang sama dengan potongan velostat. Letakkan potongan velostat di antara dua lembar aluminium foil. Aluminium foil berfungsi sebagai lapisan konduktif.

3. Lepaskan kawat silikon. Dengan menggunakan penari telanjang kawat, lepaskan 3-4 inci kawat terbuka dari dua segmen kawat silikon. Setiap kawat silikon harus memiliki panjang sekitar 15-20 inci (buat keduanya memiliki panjang yang sama untuk daya tarik estetika). Tempatkan setiap kawat yang dilucuti di sisi aluminium foil. Urutan sandwich keseluruhan sekarang: kawat dilucuti 1, aluminium foil 1, velostat, aluminium foil 2, kawat dilucuti 2.

4. Tape sensor tekanan bersama-sama. Rekatkan di atas sandwich komponen Anda dan potong sisa selotip, sehingga semuanya terpasang dengan aman. Sangat penting bahwa velostat memisahkan kedua sisi sandwich dengan bersih (aluminium foil / kawat yang dilucuti di bagian bawah TIDAK boleh bersentuhan dengan bagian mana pun dari permukaan konduktif atas).

5. Kepang kawat. Untuk menjaga agar kabel tetap menyatu dan mencegahnya terlepas saat pengguna bergerak, putar kabel bersama-sama (semakin sering Anda memutar, semakin aman). Ini juga merupakan praktik teknik listrik yang baik ketika Anda memiliki kelompok kabel panjang dari titik awal hingga akhir yang sama.

Langkah 2: Hubungkan Komponen Anda

Saatnya menyambungkan semua komponen elektronik Anda. Saya menyolder semua komponen saya bersama-sama, tetapi juga memungkinkan untuk menggunakan papan tempat memotong roti (dalam hal ini, Anda masih perlu menyolder pin ke mikrokontroler dan driver motor haptic Anda).

1. Sensor Tekanan Solder ke Mikrokontroler: Hubungkan salah satu kabel jalinan Anda ke pin Analog (A1) mikrokontroler Anda, dan solder sisa kabel jalinan ke pin Ground (Gnd).

2. Solder Motor Getaran ke Driver Motor Haptic: Solder kabel merah (positif) motor getar Anda ke terminal +, dan kabel biru (arde) ke terminal - driver motor haptic.

3. Solder Driver Motor Haptic ke Mikrokontroler: Menggunakan dua segmen kawat silikon yang sangat pendek, solder pin berikut pada driver motor haptic ke mikrokontroler.

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

*Pengemudi motor haptic menggunakan jenis sistem komunikasi yang disebut I2C untuk "berbicara" dengan mikrokontroler. Pin SCL dan SDA adalah jalur terjadinya komunikasi ini.

4. Hubungkan Baterai: Colokkan header baterai Li-Po ke mikrokontroler. Jika baterai Anda terisi daya, mungkin akan menyalakan LED pada mikrokontroler. Tanda-tanda pertama kehidupan!:)

Langkah 3: Memprogram Elektronik Anda

Jika Anda belum mengunduh dan menginstal Arduino IDE, sekaranglah saatnya. Saya suka "pseudocode" program saya dalam kata-kata sebelum saya mulai coding, sehingga saya sudah tahu apa yang saya butuhkan untuk menulis dalam C++.

Inilah yang dilakukan kode perangkat lunak prostetik kami:

Berkali-kali per detik, mikrokontroler kami membaca nilai tekanan yang dideteksi sensor, dan jika nilai tekanan cukup kuat (dengan kata lain, sensor bersentuhan dengan tanah), kami mengaktifkan pola getaran apa pun yang kami inginkan dari pengemudi motor haptic. Kode terlampir menyelesaikan fungsi dasar ini, tetapi mudah untuk menyesuaikan motor Anda untuk memberikan getaran dari berbagai pola atau kekuatan, berdasarkan nilai berbeda yang dideteksi sensor tekanan (yaitu kontak ringan vs. kontak kuat)

*Saya mengasumsikan pengetahuan dasar menggunakan Arduino IDE, menginstal perpustakaan dan mengunggah kode ke mikrokontroler yang terhubung. Jika Anda benar-benar baru mengenal Arduino, gunakan tutorial ini untuk mempercepat.

1. Unduh dan instal file DRV Adafruit di folder yang sama dengan sketsa Arduino Anda.

2. Unduh, unggah, dan jalankan program LevitateVelostatCode pada mikrokontroler Anda (pastikan untuk mengatur variabel dengan tepat berdasarkan sensitivitas sensor velostat Anda. Anda dapat mengkalibrasi nilai CLIFF & CUTOFF dengan membuka Arduino Serial Monitor dan menguji berbagai batas tekanan, untuk kasus penggunaan yang Anda butuhkan.

3. Selamat! Anda sudah memiliki perangkat prostetik yang berfungsi. Sisanya adalah semua estetika & memutuskan bagaimana Anda ingin menempelkannya ke tubuh pengguna.

Langkah 4: Faktor Bentuk + Estetika

Terserah Anda di mana dan bagaimana Anda ingin Moonwalk menempel ke tubuh pengguna. Kasus penggunaan yang awalnya saya bayangkan adalah untuk deteksi kontak kaki, jadi sensor tekanan secara alami pas di bawah tumit pengguna.

Untuk menjaga elektronik tetap bagus dan kompak, saya merancang dan membuat wadah perumahan (cetakan 3D dan cetakan silikon, untuk memungkinkan kontak yang fleksibel dengan kulit). Saya telah melampirkan file 3D (dalam bentuk. STL) ke Instructable ini.

*Untuk getaran maksimum, penting agar motor LRA (yang berfungsi dengan cepat menghasilkan getaran dari pegas sumbu-z) bersentuhan langsung dengan permukaan yang menyentuh kulit (tidak seperti ERM, jika LRA mengambang di udara, Anda kulit tidak akan merasakan apa-apa). Untuk desain saya, paling masuk akal untuk memasang elektronik melalui nanosuction / bantalan gel (ini dapat dengan mudah dibeli secara online dan bagus untuk banyak penggunaan pada kulit), pita medis, atau selongsong kain. Secara teori, Anda juga bisa menyelipkan Moonwalk di bawah pakaian elastis / spandex, jika digunakan di kaki atau paha.

Langkah 5: Prostetik Selesai

Saya harap desain saya bermanfaat bagi Anda. Silakan ubah, remix, dan tingkatkan desain dasar ini – dan jangan menjadi orang asing! Saya dapat dihubungi melalui website saya (www.akshaydinakar.com/home).