Нейроинтерфейс из 3 деталей⁠⁠

Всем привет!
Хочу вам рассказать о одной очень простой схеме интерфейса-модуля. Он позволит снять сигналы с мышц и, например, использовать их в модулях ардуино как обычный аналоговый сигнал. Очень простой и пригодный для начала исследования биотоков.

Как мы уже знаем по этой статье мышцы генерируют очень слабые электрические сигналы, которые можно отслеживать с помощью специального оборудования. Обычно оно включает сложную электронику с инструментальными усилителями, фильтрами нижних и верхних частот, режекторной фильтрацией, сложной обработкой сигналов и машинным обучением. Но есть иной, более простой, вариант. Для работы этого сверхпростого мышечного датчика требуется всего 3 компонента: инструментальный усилитель (ИУ), конденсатор и диод. Вам также потребуется присоединить 3 электрода и запитать ИУ с помощью + 5В и -5В.

Нейроинтерфейс из 3 деталей Бионика, Нейротехнологии, Наука, Длиннопост

Схема этого датчика очень простая и является просто обвязкой ИУ. Рассмотренный здесь сверхпростой мышечный датчик ЭМГ значительно облегчает начало освоения бионики. В нем используется сверхпростая схема усилителя из трех компонентов, состоящая из инструментального усилителя INA128 (ИУ), конденсатора и выпрямительного диода для выпрямления полуволнового сигнала (который в основном удаляет весь сигнал отрицательного напряжения, чтобы не повредить аналоговый сигнал). Выход идет на контроллер.

Инструментальный усилитель усиливает сигнал, поступающий на дифференциальные входы и вычитает синфазный сигнал, что приводит к частичному подавлению шума, представленного на обоих каналах. В схеме датчика используется реактивное сопротивление конденсаторов, прикрепленных к контактам УА, которые устанавливает регулируемое частотно-зависимое усиление, тем самым усиливая только более высокие частоты и, таким образом, создавая эффект, аналогичный фильтру высоких частот. Сопротивление конденсаторов (который обратно пропорционален усилению ИУ) рассчитывается из следующего уравнения

Сопротивление= 1 / (2 * PI * Частота * Емкость)

Для датчика ЭМГ требуется 3 электрода: отрицательный, положительный и заземляющий, при этом положительный и отрицательный электроды расположены рядом друг с другом и разделены зазором в 1 см. Эти электроды размещаются над мышцами, за которыми вы хотите наблюдать, а заземляющий электрод - на костной областью с минимальной активацией мышц или без нее. Точное расположение электродов можно определить методом проб и ошибок и никак иначе, к сожалению. Используемые электроды были диаметром 30 мм и были от миостимулятора. Но подойдут любые электроды от ЭКГ.

Единственные дополнение, которого нет в схеме, чтобы увидеть сигнал ЭМГ, - это источник напряжения 5 В для питания вашего датчика. Можно взять прямо с арудино. Сигнал EMG не будет впечатляющим, но достаточно хорошим для некоторых простых приложений. Если вы просто видите шум, возможно, в вашей комнате слишком много мощных электроприборов. Если вы решите запитать эту схему от сетевого блока питания, то это также может быть причиной очень шумного сигнала.Лучше питать от батареек или же иных хорошо стабилизированных источников.

Амплитуда сигнала ЭМГ с течением времени является хорошим индикатором мышечной активности, поэтому простое сжатие мышц виртуальную кнопку ввода. Представьте, что вы сжимаете бицепс, и рука робота сжимается. Вы даже можете комбинировать несколько датчиков для большего контроля, например, по одному на каждом бицепсе, чтобы контролировать левую и правую стороны автомобиля с дистанционным управлением или робота.

Если вы хотите делать более сложные вещи с помощью ЭМГ , вам нужно будет изучить расширенную обработку сигналов и и фильтрацию сигналов, но для простых вещей достаточно и этого.

Печатная плата датчика очень маленькая