Умная ложка для пациентов с болезнью Паркинсона: стабилизация трясущихся рук
Компоненты и расходные материалы
- idIoTware Shield — 1 шт.
- Микросервопривод SG90 — 1 шт.
- Инерциальный измерительный блок (IMU) 6 степеней свободы (MPU6050) — 1 шт.
- Arduino UNO — 1 шт.
Необходимые инструменты и оборудование
- 3D-принтер
Программное обеспечение и онлайн-сервисы
- Arduino IDE
О проекте
Обзор
Болезнь Паркинсона — прогрессирующее заболевание нервной системы, нарушающее подвижность. Симптомы развиваются постепенно: часто начинаются с едва заметного тремора в одной руке. Тремор — частый симптом, но заболевание также вызывает скованность и замедление движений (брадикинезию).
На ранних стадиях мимика лица может быть бедной, руки не качаются при ходьбе, речь становится тихой или нечёткой. Симптомы ухудшаются со временем. Полностью вылечить болезнь Паркинсона нельзя, но лекарственные препараты могут существенно облегчить симптомы. Иногда врачи рекомендуют операцию для стимуляции определённых участков мозга.
Симптомы
Признаки болезни Паркинсона индивидуальны. Ранние симптомы могут быть слабыми и оставаться незамеченными. Часто они начинаются с одной стороны тела и остаются более выраженными на ней, даже когда затрагиваются обе стороны.
- Тремор. Дрожание, обычно начинающееся в конечности (руке или пальцах). Характерен «пиллящий» тремор (трение большого и указательного пальцев). Рука дрожит в покое.
- Замедление движений (брадикинезия). Со временем простые действия становятся сложными и затратными по времени. Шаги укорочаются, трудно встать со стула, может развиться шаркающая походка.
- Мышечная ригидность. Скованность в любой части тела, бывает болезненной и ограничивает амплитуду движений.
- Нарушение осанки и равновесия. Осанка становится сутулистой, возникают проблемы с балансом.
- Потеря автоматизированных движений. Уменьшается способность к неосознанным движениям: моргание, улыбка, качание руками при ходьбе.
- Изменения речи. Речь становится тихой, быстрой, нечёткой, монотонной.
- Изменения почерка. Писать становится трудно, почерк меленький.
Источник: Mayo Clinic
Вдохновение проекта
Нас вдохновил продукт Liftware Steady — коммерческое устройство для стабилизации посуды. Цель нашего проекта — понять системную динамику и принципы управления, создав подобный прототип из доступных компонентов.
Исходная идея дизайна
Устройство должно держаться в руке и компенсировать тремор, удерживая ложку в стабильном положении. Мы поняли, что проект потребует знаний в области управления движением, физики и 3D-математики — и стал отличной практикой для применения теории.
Для измерения наклона и ускорения (относительного и абсолютного) нужен был быстрый датчик. Выбор пал на MPU6050 (Invensense) — проверенный модуль с высокой скоростью опроса.
Для быстрого и точного перемещения ложки подошёл хобби-сервопривод — хороший момент и скорость отклика.
Мы — создатели Idiotware Shield, и его использование позволило собрать «железо» за 5 минут.
Этапы сборки проекта
Процесс сборки документирован серией фотографий: от проектирования механизма до финальной сборки. Использовались два сервопривода с ортогонально ориентированными осями вращения и 3D-печатные детали для создания двухосевого стабилизатора.
Демонстрация
За несколько дней мы определили характеристики MPU6050 и собрали рабочий прототип. Двухосевой механизм на двух сервоприводах и 3D-печатных частях успешно компенсирует дрожание руки.
Планы на будущее
Первый прототип подтвердил наши расчёты по скорости и отклику. Дальнейшие шаги:
- Уменьшить размеры: использовать голый ATtiny/ATmega328 на собственной плате с монтажным пайкой
- Более компактное крепление сервоприводов
- Добавить питание от аккумулятора 18650 для автономной работы
Подпишитесь на обновления проекта!
Код
Полный код проекта доступен на GitHub:
https://github.com/CuriosityGym/spoonForParkinsonPatients
Производственный процесс
- Панель управления полётным симулятором 2020 на Arduino Nano: LCD и CDI-дисплеи
- Панель переключателей и LED для Microsoft Flight Simulator 2020 на Arduino
- Датчик CO2 K30: мониторинг качества воздуха в реальном времени на Arduino
- Устройство для общения глухосліпых людей с помощью 1Sheeld и Arduino
- Умная копилка: управление монетоприёмником на Arduino Nano
- Управление светодиодом по Bluetooth с Arduino: простой DIY-гид
- Интеграция ёмкостного сканера отпечатков DFRobot с Arduino или ESP8266
- Интерактивный HMI-проект на Nextion с Arduino Mega и датчиками
- Роботизированная рука 6 степеней свободы на Arduino Mega с управлением через Nunchuk
- Умная система мониторинга температуры для школ: точно, в реальном времени, безопасно