Meower: Açık Kaynak 16 Kanallı Beyin-Bilgisayar Arayüzü (BCI) Kartı

Giriş

Meower, ADS1299 entegre devreleri ve ESP32-C3 mikrodenetleyici tabanlı, 16 kanallı açık kaynaklı bir BCI (Beyin-Bilgisayar Arayüzü) kartıdır. Tasarımcı, projeyi tamamen sıfırdan geliştirerek hem PCB tasarımını hem de firmware ve BrainFlow entegrasyonunu gerçekleştirmiştir. Kart, yüksek performans ve kararlılık hedefiyle optimize edilmiştir ve Wi-Fi üzerinden UDP protokolü ile 4000 Hz örnekleme hızında veri aktarımı yapabilmektedir.

Ayrıca Bakınız

Meower: 16 Kanallı Açık Kaynak Beyin-Bilgisayar Arayüzü Kartının Teknik Özellikleri ve Kullanımı

Meower, 16 kanallı açık kaynaklı BCI kartı olarak yüksek örnekleme hızı ve gerçek zamanlı filtreleme sunar. Wi-Fi üzerinden UDP ile veri aktarımı yaparak esnek kullanım sağlar.

Donanım Özellikleri

Meower kartında iki adet ADS1299 ADC entegresi kullanılarak toplam 16 kanal EEG verisi toplanabilmektedir. Kartın tasarımı tek taraflı PCB olarak yapılmış ve kompakt bir boyutta, yaklaşık AirPods Pro 2 şarj kutusu büyüklüğünde bir kasa içinde kullanılabilir şekilde tasarlanmıştır. Kasa içerisinde 1100 mAh lityum polimer batarya bulunmaktadır.

Elektrot bağlantıları için yaygın kullanılan Dupont konnektörleri tercih edilmiştir, bu sayede farklı elektrot tipleri kolayca bağlanabilmektedir. Kart, kablosuz iletişim için ESP32-C3 mikrodenetleyici kullanmakta ve Wi-Fi üzerinden veri iletimi sağlamaktadır.

Bu 10 ürünü alanlar kendini gizli bir kulübün üyesi gibi hissediyor

devamını oku

Yazılım ve Sinyal İşleme

Kartta, sinyal kalitesini artırmak amacıyla çeşitli filtreleme algoritmaları donanım üzerinde gerçek zamanlı olarak uygulanmaktadır. Bunlar arasında:

• Sinc3 eşitleyici (7-tap FIR filtresi)

• DC bileşen kaldırma (birden fazla kesim frekansı seçeneğiyle)

• Notch filtreleri (50/60 Hz ve harmonikleri için 100/120 Hz)

bulunmaktadır. Bu filtreler, örnekleme frekansına bağlı olarak otomatik uyum sağlayacak şekilde LUT (Look-Up Table) tabanlı olarak 4000 Hz'e kadar desteklenmektedir.

Filtreler gerçek zamanlı olarak bağımsız şekilde açılıp kapatılabilir ve kullanıcı ihtiyaçlarına göre ayarlanabilir. Kart, tüm 16 kanal için bu filtreleri çalıştırırken 4000 Hz örnekleme hızını sürdürebilmektedir.

Veri Aktarımı ve Kullanıcı Arayüzü

Meower, ham EEG verilerini UDP protokolü üzerinden Wi-Fi aracılığıyla bilgisayara veya başka bir cihaza iletmektedir. Bu sayede kullanıcılar kendi veri işleme ve görselleştirme yazılımlarını geliştirebilirler. Tasarımcı tarafından basit bir Python GUI aracı geliştirilmiş olup, bu araç temel veri görüntüleme ve test amaçlı kullanılmaktadır.

Kart, belirli bir yazılım ekosistemiyle sınırlı olmadan, açık protokol üzerinden veri sağladığı için esnek kullanım imkanı sunmaktadır.

Performans ve Optimizasyonlar

Tasarım sürecinde kartın mümkün olan en yüksek hızda ve kararlılıkta çalışması için kapsamlı optimizasyonlar yapılmıştır. ADC'nin "data ready" sinyalinden başlayarak ESP32'nin veri okuma ve işleme zamanlamaları detaylı olarak analiz edilmiştir. Bu sayede veri kaybı olmadan 4000 Hz örnekleme hızı sağlanabilmiştir.

Zamanlama analizlerinde ADC'den veri hazır sinyalinin ardından ESP32'nin tepki süresi ve veri okuma işleminin değişkenlikleri incelenmiş, sinyal işleme zincirinin tamamlanma anı belirlenmiştir. Bu optimizasyonlar, yüksek frekansta ve çok kanallı EEG verisi toplama için kritik öneme sahiptir.

Kullanım Alanları ve Özelleştirme

Meower kartı, özellikle sanal gerçeklik (VR) uygulamaları ve diğer BCI projeleri için tasarlanmıştır. Kartın 16 kanalı, beynin farklı bölgelerinden veri toplayarak detaylı analiz yapılmasına olanak sağlar. Elektrotlar kullanıcı tarafından istenilen bölgelere yerleştirilebilir.

Kartın açık kaynak olması, kullanıcıların donanım ve yazılım üzerinde değişiklik yaparak ihtiyaçlarına göre özelleştirme yapabilmelerine imkan tanır. Örneğin, IMU (Inertial Measurement Unit) eklenmesi gibi geliştirmeler düşünülebilir, ancak mevcut tasarımda hareket verisi için VR başlıklarının sensörleri kullanılmaktadır.

Maliyet ve Üretim

Proje dosyaları JLCPCB gibi PCB üretim servislerinde kolayca sipariş edilebilecek şekilde hazırlanmıştır. Toplu siparişlerde maliyet önemli ölçüde düşmektedir. Kartın bileşenleri ve montajı, ticari BCI çözümlerine kıyasla oldukça uygun maliyetlidir.

Ancak, destek ve geliştirme maliyetleri göz önünde bulundurulduğunda, ticari bir ürün olarak kârlı hale gelmesi zordur. Bu nedenle açık kaynak olarak paylaşılması, kullanıcıların kendi ihtiyaçlarına göre üretim ve geliştirme yapmalarını teşvik etmektedir.

Sonuç

Meower, ADS1299 tabanlı, 16 kanallı, yüksek örnekleme hızında ve gerçek zamanlı filtreleme yapabilen açık kaynaklı bir BCI kartıdır. Donanım ve yazılım bileşenleri tamamen özgün olarak geliştirilmiş olup, Wi-Fi üzerinden UDP ile veri aktarımı sağlamaktadır. Proje, uygun maliyetli ve esnek bir EEG veri toplama çözümü arayan araştırmacılar ve geliştiriciler için önemli bir kaynak teşkil etmektedir.

"Meower, sinyal işleme ve PCB tasarımında detaylı optimizasyonlar içeren, açık kaynaklı ve kullanıcı dostu bir BCI kartı olarak öne çıkıyor."