Jeffrey Cross
Jeffrey Cross

Bauen Sie das Eyeboard Open Source Eye-Tracking-Projekt auf

Als der 18-jährige honduranische Hersteller Luis Cruz einen schulkameraden Klassenkameraden traf und von den Herausforderungen erfuhr, denen er und andere Menschen mit Behinderungen angesichts teurer assistiver Kommunikationstechnologien gegenüberstanden, wurde er dazu angeregt, eine Lösung zu finden. Was Luis herausgebracht hat, ist das Eyeboard: eine kostengünstige, aber zuverlässige Mensch-Computer-Schnittstelle, die Augenbewegungen mithilfe von Elektrookulografie (EOG) erkennt. Diese biomedizinische Technik basiert auf dem Aufnehmen von Signalen von um die Augen angeordneten Elektroden, was den Benutzern in diesem Fall die Möglichkeit gibt, dies zu tun Sie können eine Maus oder ein Trackpad nicht bewegen, um einen Cursor auf einem Bildschirm zu bewegen. Luis schrieb über sein Projekt in einem Eyetracking-Feature auf den Seiten von MAKE Volume 29 neben Zach Liebermans EyeWriter-Projekt. Hier ist Luis 'Artikel über das Design und die Entwicklung des Eyeboards:

Der Augapfel erzeugt eine Spannung von 0,4 mV – 1,0 mV (Millivolt) zwischen der Hornhaut vorne und der Netzhaut hinten. Wenn Sie Elektroden auf gegenüberliegenden Seiten des Auges anbringen, nehmen sie etwas von dieser Spannung auf, je nachdem, wo der Augapfel zeigt. Wenn Sie die Hornhaut und die Netzhaut in gleichem Abstand zwischen den Elektroden halten, wird die Spannung nach vorne gerichtet. Wenn der Augapfel jedoch auf einer Seite angewinkelt ist, können Sie ein Signal mit einem Mikrovoltpegel zwischen den Elektroden in der Nähe der Hornhaut und der gegenüberliegenden Seite messen. EOG kann sowohl horizontale als auch vertikale Bewegungen verfolgen, aber horizontal ist einfacher und nützlicher. Mein System verfolgt, wie viele andere auch, nur die horizontale Lage mit 3 Elektroden: eine direkt neben jedem Auge und die Masseelektrode auf der Nasen- oder Stirnbrücke.

Ein Prozessorchip oder sogar ein Oszilloskop kann solche kleinen Spannungen nicht erkennen. Daher muss das EOG-System diese verstärken, während gleichzeitig das Rauschen von elektrischen Geräten und Kabeln in der Nähe herausgefiltert wird. Die dazugehörige Schaltung sowie Schritt-für-Schritt-Anleitungen zum Aufbau meines EOG-Systems und zur Programmierung des Mikrocontroller-Chips finden Sie unter makeprojects.com.

Um das Signal anfangs zu verstärken, verwende ich einen INA118-Instrumentenverstärkerchip, der mit einem 100-Ohm-Widerstand zwischen den Pins 1 und 8 konfiguriert ist, was eine Verstärkung von 501 ergibt. Die hohe CMRR (Gleichtaktunterdrückungsrate) des INA118-Chips von 110 dB beseitigt die üblichen Signale gehen Sie in beide Eingänge, wodurch am Anfang des Signalpfads etwas Rauschen entfernt wird.

Das Rauschen von Elektrodenkreisen neigt dazu, bei hohen Frequenzen zu kommen. Daher verwendet mein Bergwerk zwei aufeinanderfolgende passive Tiefpassfilter, um dieses Rauschen oberhalb seiner Grenzfrequenz um 16 Hz zu reduzieren. Bei der Schaltung, die ich verwendet habe, lautet die Formel für die Abschaltung 1 / 2πRC, wobei R der Widerstand und C die Kapazität ist. Bei einem Widerstand von 100 kΩ und einer Kappe von 0,1 & mgr; F ergibt sich ein Wert von 15,9 Hz, was in Ordnung ist. Augenbewegungen sind nicht so schnell, dass durch das Filtern alles Wichtige ausgeschlossen wird.

Schließlich setzt ein Kondensator das Signal auf Null, indem der durch das Ruhepotential zwischen den Augen hinzugefügte Gleichstromversatz entfernt wird. Mit einer Spannungsfolgeschaltung können Sie ein Gerät mit einer höheren Quellenimpedanz als die Impedanz des EOG-Ausgangs anschließen, was zum Anschließen eines Oszilloskops oder Multimeters nützlich ist Fehlerbehebung. Um das System mit Strom zu versorgen, verwende ich zwei Spannungsregler des Typs 7805, die auf trickreiche Weise angeschlossen sind, um den Stromkreis mit + 5 V, –5 V und Masse (0 V) zu versorgen, sodass keine doppelte Stromversorgung erforderlich ist.

Um das verstärkte Signal zu verarbeiten, wenn sich die Augen horizontal bewegen, führe ich es in den Analog-Digital-Wandler-Pin eines AT-Mega328P-Mikrocontrollers ein, der dafür programmiert ist, die Daten über einen seriellen Anschluss an einen Computer zu senden. Ein Python-Skript auf dem Computer sendet dann die Daten an ein von mir geschriebenes C ++ - Applet, wodurch der Benutzer Meldungen buchstabieren kann. Wenn Sie nach links blättern, scrollen Sie durch die Buchstaben nach unten und nach rechts, um sie auszuwählen. Um das Tragen der Elektroden angenehmer zu gestalten, habe ich sie an eine Brille montiert, die mit einem Stirnband und Sekundenkleber versehen war. Ich habe mehrere Prototypen dieser EOG-Brille mit guten Ergebnissen gebaut.

Ich arbeite immer noch daran, dieses EOG-System zu verbessern, einschließlich der Suche nach Möglichkeiten, um es bequemer zu tragen. Ich freue mich, ein System für weniger als 200 US-Dollar entwickelt zu haben, mit dem behinderte Menschen wie mein Klassenkamerad kommunizieren können, wenn kommerzielle Versionen derselben Version mindestens 10.000 US-Dollar kosten. Ich möchte auch günstige EOG-Schnittstellensysteme für andere Anwendungen erstellen, z. B. für die Steuerung eines Rollstuhls oder eines Fernsehgeräts. Ich habe gerade mein Abitur gemacht und was ich vor allem brauche, um diese Ideen zu verfolgen, ist ein Stipendium, ein Sponsor oder eine andere Finanzierungsquelle, damit ich Elektrotechnik in den Vereinigten Staaten studieren kann.

Hier ist die Reuters-Berichterstattung über Luis 'Projekt vom Dezember 2011:

Erstellen Sie Ihr eigenes Eyeboard, indem Sie den Anweisungen folgen, die Luis bei Make: Projects veröffentlicht hat.

Auf den Seiten von MAKE Band 29:

Wir haben die Technologie (um The Six Million Dollar Man zu zitieren), aber kommerzielle Instrumente zur Erkundung, Unterstützung und Steigerung unseres Körpers können sich einem Preisschild von 6 Millionen Dollar annähern. Hersteller von medizinischen und technischen Hilfsmitteln müssen nicht nur für Forschung und Entwicklung zahlen, sondern auch für teure klinische Prüfungen, die Einhaltung gesetzlicher Vorschriften und die Haftung - und helfen nicht bei niedrigen Preisen, für die diese Geräte normalerweise über die Versicherung bezahlt werden, anstatt direkt gekauft zu werden. Aber viele Gadgets, die die Fähigkeiten der Menschen wiederherstellen oder neue „Supermächte“ ermöglichen, sind überraschend einfach und für einen Bruchteil der Kosten von handelsüblichen Gegenstücken herzustellen. MAKE Band 29, die Ausgabe von „DIY Superhuman“, erklärt, wie das geht.

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