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愛爾蘭:研究人員創(chuàng)建了用于神經(jīng)生理學(xué)的開源3D打印機(jī)

時(shí)間:2020-03-26 09:47 來源:中國3D打印網(wǎng) 作者:中國3D打印網(wǎng) 閱讀:
       中國3D打印網(wǎng)3月26日訊,研究員Thomas Campbell和James F.X.愛爾蘭都柏林大學(xué)醫(yī)學(xué)院的Jones都為醫(yī)學(xué)領(lǐng)域創(chuàng)建了一種新的3D打印機(jī),并在最近出版的“低成本,模塊化,適應(yīng)性強(qiáng)且開源的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)”中詳細(xì)介紹了他們的工作。 XYZ神經(jīng)生理學(xué)定位系統(tǒng)。”
         作者已經(jīng)創(chuàng)建了一個(gè)開源系統(tǒng),該系統(tǒng)可以依靠能夠移動(dòng)傳感器或探頭的XYZ定位系統(tǒng)針對(duì)各種項(xiàng)目進(jìn)行定制。就像龍門起重機(jī)一樣,這種新型FDM打印機(jī)由標(biāo)準(zhǔn)的Raspberry Pi 3,Arduino Mega,RAMPS 1.4電機(jī)護(hù)罩和NEMA17雙極步進(jìn)電機(jī)運(yùn)行。框架由20×20毫米鋁擠壓件組成,該擠壓件由3D打印部件制成,并通過托架螺栓連接在一起。此類3D打印機(jī)的“輸入成本”約為670.20美元。
         通過集成Raspberry Pi 3,作者還能夠合并開放計(jì)算機(jī)視覺庫(OpenCV),該功能說明該系統(tǒng)與其他XYZ定位系統(tǒng)相比具有獨(dú)特性。開源機(jī)器學(xué)習(xí)軟件庫與自動(dòng)運(yùn)動(dòng)配合使用,并且創(chuàng)建者希望它可以改變對(duì)機(jī)械傳導(dǎo)的探索,這是一種感覺神經(jīng)元將機(jī)械刺激轉(zhuǎn)換為電信號(hào)的方法。
     3D打印機(jī)的運(yùn)動(dòng)由Arduino Mega控制,而Arduino Mega又由Raspberry Pi 3控制:“以這種主從配置來配置微控制器,可以通過Python3編程語言實(shí)現(xiàn)復(fù)雜運(yùn)動(dòng)范例的自動(dòng)化。系統(tǒng)的電源取決于預(yù)期的使用情況。對(duì)于神經(jīng)生理學(xué),必須使用線性穩(wěn)壓的12 V DC電源來確保低EMI,但對(duì)于其他應(yīng)用而言,12 V DC開關(guān)電源就足夠了。

       坎貝爾(Campbell)和瓊斯(Jones)選擇普拉(PLA)作為打印部件的材料,使用Prusa i3 MK3在Autodesk Fusion360中對(duì)校準(zhǔn)立方體進(jìn)行建模,并聲明每個(gè)立方體的尺寸用數(shù)字卡尺測(cè)量了六次。不需要任何制造零件的支撐,所有這些零件的設(shè)計(jì)都具有最小的懸垂。

     XYZ系統(tǒng)接線。 (A)RAMPS 1.4護(hù)板(上)和Arduino Mega(下)。 (B)RAMPS 1.4防護(hù)罩和微步進(jìn)跳線(頂部)。安裝有微步進(jìn)跳線引腳的RAMPS 1.4shield(底部)。請(qǐng)注意,要為每個(gè)步進(jìn)電機(jī)啟用1/16微步進(jìn),有必要圍繞每個(gè)電機(jī)安裝三個(gè)跳線。 (C)A4988步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器分別顯示(頂部)并安裝在RAMPS 1.4護(hù)罩上(底部)。 (D)將LCD屏幕連接到RAMPS 1.4護(hù)罩。首先,將智能適配器模塊放在RAMPS 1.4屏蔽層末端的引腳上。接下來,應(yīng)將智能模塊上的EXP1和EXP2連接到LCD屏幕背面的相應(yīng)端口。 (E)可以使用A型公頭到B型公頭通過USB連接Arduino Mega和Raspberry Pi 3。 (F)將限位開關(guān)和步進(jìn)電機(jī)接線至RAMPS 1.4屏蔽層。注意步進(jìn)電機(jī)接線的顏色方向和限位開關(guān)接線的突出顯示的引腳。10T。坎貝爾(J.F.X.)瓊斯/ HardwareX 7(2020)e00098
生成說明包括:
.Y軸滑架總成
.X和Z軸組件
.軸對(duì)齊
.電子和接線
.馬林固件的準(zhǔn)備和上傳
.Raspberry Pi 3和OpenCV的設(shè)置
.創(chuàng)建基于終端的操作系統(tǒng)
   為了在功能性神經(jīng)生理學(xué)應(yīng)用中使用,作者測(cè)試了該機(jī)器,以查看它是否能夠促進(jìn)肌肉紡錘體內(nèi)的機(jī)械傳導(dǎo)。激活閾值已成功顯示:
.伸展距離
.拉伸速度

.拉伸加速



     拉伸肌梭以研究機(jī)械轉(zhuǎn)導(dǎo)。 (A)來自拉伸的肌肉紡錘體的傳入神經(jīng)活動(dòng)。每?jī)擅腌妼⒍虝旱睦烀}搏施加到管腔,以引起來自肌肉紡錘體的機(jī)械傳導(dǎo)。每個(gè)刺激脈沖指示拉伸的開始。過濾后的神經(jīng)活動(dòng)以藍(lán)色表示,未過濾為綠色。 (B)機(jī)械拉伸激活閾值以拉伸距離,速度或加速度的逐漸增加來評(píng)估。對(duì)于該過濾單元,觀察到的激活閾值為14.0 mms x 1和50 mms x2。拉伸距離,速度或加速度的增加與神經(jīng)活動(dòng)的增加有關(guān)(Filtered Spike Rate)。 (C)在(B)中觀察到的濾過神經(jīng)活動(dòng)的透支表明這是單單位記錄。所有數(shù)據(jù)都記錄在Spike2(劍橋電子設(shè)計(jì))中。 ENG,神經(jīng)電圖。 (有關(guān)此圖例中顏色參考的解釋,讀者可參考本文的網(wǎng)絡(luò)版本。)18T。坎貝爾(J.F.X.)瓊斯/ HardwareX 7(2020)e00098。
        中國3D打印網(wǎng)點(diǎn)評(píng):XYZ定位系統(tǒng)的主要局限性是機(jī)械性的。在我們的實(shí)現(xiàn)中,X和Z軸組件又高又重,因此我們選擇將Y和Z軸的行進(jìn)速度分別降低到2 mms x 1和5 mms x 1。速度的這種降低通過降低步進(jìn)電機(jī)錯(cuò)誤步進(jìn)的可能性來保持系統(tǒng)的位置完整性。但是,可以將組件調(diào)整為所需的特定用例,并且簡(jiǎn)單地減小Z軸的大小將大大減小其慣性,并在更高的行進(jìn)速度下實(shí)現(xiàn)定位精度。所使用的所有組件和軟件都是開源的,可以免費(fèi)訪問或以低成本獲得。鑒于可以輕松訪問這些組件以及該系統(tǒng)提供的潛力,相信其他研究小組可能會(huì)發(fā)現(xiàn)該系統(tǒng)是一種有吸引力且有用的實(shí)驗(yàn)工具。”

   來源: 中國3D打印網(wǎng)

(責(zé)任編輯:admin)

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