โปรเจกต์นี้คือการสร้างอุปกรณ์เพื่อใช้ศึกษาผลของ "การบำบัดด้วยแสง" สำหรับผู้ป่วยอัลไซเมอร์ในมนุษย์ หลังจากที่พี่ลงโปรเจกต์แรกใน Instructable เมื่อธันวาคม 2016 คุณ Sotiris Melissis (นักศึกษาปริญญาโทที่ NYU) ก็ติดต่อมาพร้อมกับบทความใหม่จาก MIT เกี่ยวกับวิธีรักษาอัลไซเมอร์ด้วยการกระตุ้นด้วยแสง เขาเสนอให้พี่สร้างอุปกรณ์เพื่อช่วยทดสอบวิธีนี้กับมนุษย์
เราตกลงกันว่าจะทำแว่นตาที่สามารถให้การบำบัดด้วยแสงความถี่ 40Hz ผ่าน LED เล็กๆ ที่มุมเลนส์ และให้แว่นตาควบคุมแบบไร้สายด้วยรีโมทที่มีหน้าจอ OLED งานนี้เลยเริ่มต้นขึ้น
ขั้นตอนแรกคือการสร้างตัวควบคุม (Controller) เพราะเราอยากให้มันไร้สาย พี่เลยเลือกใช้ MCU ตระกูล ESP8266 เพราะมันสร้างเครือข่ายไร้สายได้เองทั้งในโหมด Access Point และ Client ตัวมันเองก็เล็กและกินไฟน้อย เหมาะมากสำหรับงาน Wearable กับรีโมท
การออกแบบที่สำคัญมากอีกอย่างคือตำแหน่งของ LED บนแว่นตา เป้าหมายคือให้ผู้ใช้สามารถทำกิจกรรมประจำวันไปพร้อมๆ กับการรับการบำบัดได้ เลยต้องวาง LED ไว้ที่มุมของเลนส์โปร่งใส เพื่อให้ผู้ใช้ยังมองเห็นได้ตามปกติ ส่วนไอเดียที่ให้แว่นตาควบคุมไร้สายก็มาจากความคิดเดียวกัน คืออยากให้ผู้ใช้มีอิสระในการเคลื่อนไหว
เพื่อให้ควบคุมแว่นตาได้ เราก็สร้างรีโมทที่มีหน้าจอ OLED ขึ้นมา โดยโปรแกรม ESP-12 ตัวหนึ่งให้ทำงานในโหมด Client เพื่อไปควบคุม ESP อีกตัวที่ต่อกับ LED บนแว่นตา ซึ่งทำงานในโหมด Access Point พี่เขียนเมนูอินเตอร์เฟสลงไปใน ESP ที่ทำหน้าที่เป็นรีโมท เพื่อให้ผู้ใช้สามารถเปลี่ยนสถานะและความสว่างของ LED ได้
หลังจากที่เชื่อมต่อระหว่างรีโมทกับแว่นตาได้แล้ว ขั้นต่อไปคือการสร้างไฟตั้งโต๊ะที่สว่างพอจะแทนที่โคมไฟในห้องได้ แต่ยังคงให้การบำบัดแบบเดิมได้เหมือนกัน ไอเดียคือให้ไฟนี้ถูกควบคุมด้วยรีโมทตัวเดิมแบบไร้สายด้วย สำหรับส่วนนี้ พี่เพิ่ม ESP-12 อีกตัวที่ทำงานในโหมด Station เข้าไป รีโมทจะส่งสัญญาณไปเปิดไฟ, ESP บนแว่นตาจะรับสัญญาณนั้นแล้วสลับไปโหมด Client เพื่อเชื่อมต่อกับ ESP บนไฟและสั่งให้มันเปิด
การสร้างไฟที่แทนโคมไฟได้หมายความว่าเราต้องใช้ LED กำลังสูง ซึ่งมันต้องการกระแสไฟมากกว่า GPIO ของ ESP จะจ่ายให้ได้ พี่เลยใช้ Power Adapter แยกเพื่อจ่ายกระแสที่เพียงพอให้ LED และฝังทรานซิสเตอร์ลงในวงจรเพื่อให้ ESP สามารถควบคุมการเปิดปิดของ LED พวกนั้นได้
พอจัดการวงจรและระบบเชื่อมต่อระหว่างรีโมท แว่นตา และไฟเรียบร้อยแล้ว พี่ก็อัพเดทเมนูบนรีโมทให้รองรับการควบคุมทั้งหมด และเพิ่มโหมด Sleep ให้รีโมทด้วย โหมด Sleep นี้เพิ่มเฉพาะในรีโมท เพราะมันเป็น MCU ตัวเดียวที่ทำงานในโหมด Client ตลอดเวลา มันจึงไม่จำเป็นต้องคอยตรวจสอบข้อมูลจากอุปกรณ์อื่นๆ อย่างต่อเนื่อง ส่วนแว่นตา พี่เลือกใช้แบตเตอรี่ความจุเล็กๆ เนื่องจากข้อจำกัดในการออกแบบที่ต้องการให้อุปกรณ์มีขนาดเล็กเพื่อติดบนแว่นของผู้ใช้
แม้ว่ารีโมทจะเป็นวิธีควบคุมหลักของแว่นตาและไฟ แต่เราก็สามารถควบคุมพวกมันผ่านคอมพิวเตอร์หรือมือถือได้ด้วย โดยการเชื่อมต่อกับเครือข่ายของอุปกรณ์เหล่านั้นโดยตรงและส่งคำสั่งไปยัง Address ที่กำหนด (พี่จะแจกคำสั่งสำหรับการควบคุมแบบนี้ให้กับใครก็ตามที่สนใจอยากทดลองนะ)
วิธีการสร้างและใช้งานรีโมท แว่นตา และไฟ อยู่ด้านล่างนี้เลย (โค้ดก็แนบมาด้วย)
รายละเอียดเทคนิคเพิ่มเติม
Photobiomodulation Healthcare Hub
โปรเจกต์ช่วยเหลือทางการแพทย์นี้ใช้การบำบัดด้วยแสงควบคุม (แสงกระพริบ 40Hz) เพื่อช่วยลดอาการของโรคอัลไซเมอร์และอาจพัฒนาการทำงานของสมอง
- 40Hz Spectral Synthesis: Arduino ควบคุม LED สีขาวกำลังสูงที่ฝังอยู่ในแว่นตาหรือโคมไฟ Firmware จะรักษาความถี่การกระพริบที่แม่นยำ 40Hz ซึ่งงานวิจัยชี้ว่าสามารถกระตุ้นคลื่นสมอง Gamma และช่วยกำจัดคราบ Beta-amyloid ได้
- NRF24L01 Wireless Mesh: ประสานการทำงานของแหล่งกำเนิดแสงหลายจุดทั่วห้อง โดยมี Controller ตัว "Master" ส่งสัญญาณ Heartbeat ไปยังอุปกรณ์ทุกตัว เพื่อให้แน่ใจว่าแหล่งกำเนิดแสงทุกจุดในสภาพแวดล้อมของผู้ใช้กระพริบพร้อมกันในเฟสเดียวกัน
ด้านความปลอดภัย
- Soft-Start Transition: รวมช่วงเวลา "Ramp-Up" 5 นาที โดยความเข้มของการกระพริบและความสว่างจะค่อยๆ เพิ่มขึ้นอย่างช้าๆ เพื่อป้องกันการกระตุ้นทางสายตาที่รุนแรงเกินไปและเพิ่มความสบายตาให้ผู้ใช้ระหว่างการบำบัด