Intelligente lepelhulp voor Parkinson-patiënten

Onderdelen en benodigdheden

Benodigde tools en machines

• 3D-printer (standaard)

Apps en online diensten

• Arduino IDE

Over dit project

Overzicht

Parkinson is een progressieve zenuwstoornis die de beweging beïnvloedt. De symptomen beginnen geleidelijk, soms met een nauwelijks merkbare trilling in één hand. Trillingen zijn veelvoorkomend, maar de aandoening veroorzaakt ook stijfheid of vertraging van de beweging.

In de vroege stadia van Parkinson kan het gezicht weinig tot geen expressie tonen. Armen kunnen niet meeschuiven bij het lopen. Spraak kan zacht of onduidelijk worden. De symptomen verergeren naarmate de toestand vordert.

Hoewel Parkinson niet genezen kan worden, kunnen medicijnen de symptomen aanzienlijk verbeteren. Soms kan een operatie voorgesteld worden om bepaalde hersengebieden te reguleren en de symptomen te verbeteren.

Symptomen

De tekenen en symptomen van Parkinson verschillen per persoon. Vroege signalen kunnen mild zijn en onopgemerkt blijven. Symptomen beginnen vaak aan één kant van het lichaam en blijven erger aan die kant, zelfs nadat beide kanten beïnvloed zijn.

• Trilling. Een trilling begint meestal in een ledemaat, vaak de hand of vingers. Je kunt je duim en wijsvinger heen en weer wrijven, bekend als een 'pil-rollende' trilling. Je hand kan trillen in rust.
• Vertraagde beweging (bradykinesie). Parkinson kan de beweging vertragen, waardoor eenvoudige taken moeilijk en tijdrovend worden. Stappen worden kleiner. Opstaan uit een stoel kan moeilijk zijn. Je kunt je voeten slepen tijdens het lopen.
• Stijve spieren. Spierstijfheid kan overal in het lichaam optreden. De stijve spieren kunnen pijnlijk zijn en de bewegingsvrijheid beperken.
• Gestoorde houding en balans. De houding kan gekromd raken, of balansproblemen kunnen optreden.
• Verlies van automatische bewegingen. Verminderde vermogen om onbewuste bewegingen uit te voeren, zoals knipperen, glimlachen of armschuiven tijdens het lopen.
• Spraakveranderingen. Je kunt zacht, snel, onduidelijk of met aarzeling spreken. Spraak kan monotoner worden.
• Schriftveranderingen. Schrijven kan moeilijk worden, en de handschrift kan klein worden.

Bron: https://www.mayoclinic.org/diseases-conditions/parkinsons-disease/symptoms-causes/syc-20376055

Projectinspiratie

We zijn sterk geïnspireerd door Liftware Steady (https://www.liftware.com/steady/), een product dat voor dit doel verkocht wordt.

Het doel van ons project was om de systeemdynamica en inzichten te begrijpen die verkregen kunnen worden door een vergelijkbaar project te bouwen met off-the-shelf componenten.

Initiële ontwerpidee

We beseften vroeg dat dit een uitdagend project zou zijn en ons zou meenemen naar domeinen van bewegingsregeling, natuurkunde en 3D-wiskunde waar we een werkende kennis van hadden. Dit project hielp ons de theorie in de praktijk te brengen.

Het ontwerp moest in de hand gehouden kunnen worden en trillingen van de hand moeten compenseren, zodat een lepel aan het eind van het prototype gestabiliseerd kon worden.

Het was duidelijk dat we een sensor nodig hadden die kanteling, versnelling, relatieve en absolute metingen kon doen. Gelukkig was de MPU6050 van Invensense een module die we vroeger al gebruikten, en we waren ervan overtuigd dat het de dynamische respons (meetsnelheid) zou leveren die we wilden.

We moesten de lepel snel en nauwkeurig genoeg kunnen bewegen, en vonden dat een hobby-servo gebruikt kon worden. Deze hebben een redelijk snelle reactie en kunnen goed koppel leveren.

We zijn de makers van de Idiotware Shield, en het was een logische keuze om deze in het project te gebruiken, zodat we binnen 5 minuten met alle bedrading en hardwareconfiguraties aan de slag konden.

Stappen om het project te bouwen

(Afbeeldingen van het bouwproces worden weergegeven)

Demonstratie

Binnen een paar dagen wisten we de waarden van de MPU6050-sensor te begrijpen en bouwden we een eigen tweeaassige rotatiemechanisme met twee servomotoren (deren assen orthogonaal waren geplaatst) en een paar 3D-printonderdelen.

Toekomstperspectief

Onze initiële vragen werden goed beantwoord in ons eerste prototype. Enkele van onze aannames over snelheid en respons bleken dicht bij de werkelijkheid.

• Maak het prototype nog kleiner met een ATtiny/ATmega328 bare-bones op een PCB, met handmatige bedrading
• Monteer servos dichter bij elkaar
• Voeg een 18650-batterij toe om het project te voeden

Abonneer je voor updates over het project en de projectpagina.

Code

Lepel voor Parkinson-patiënten

Code voor assistieve technologie: https://github.com/CuriosityGym/spoonForParkinsonPatients