¡Crea Muscle MIDI Music !: 7 pasos (con imágenes)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Última modificación: 2024-01-30 08:43

Siempre que su sistema nervioso necesita hacer un movimiento, envía pequeñas señales eléctricas a través de las neuronas para controlar sus músculos. La técnica de la electromiografía (EMG) nos permite amplificar y medir estas señales eléctricas. Además de ser una herramienta clínica útil para diagnosticar diferentes trastornos neurológicos, los registros EMG se han utilizado más recientemente para controlar dispositivos protésicos.

Con la esperanza de familiarizarme más con las técnicas de grabación y amplificación EMG, pensé que sería divertido construir un amplificador EMG que luego pudiera usar como señal de control para un dispositivo diferente. En lugar de controlar un brazo protésico, decidí incorporar mis intereses en la música y usé las señales EMG para controlar un dispositivo MIDI. MIDI son las siglas de Musical Instrument Digital Interface y es el protocolo estándar para enviar y recibir señales musicales de forma electrónica.

Conocimiento de fondo

Este Instructable incluye la placa de un circuito, la soldadura de algunos cables, la programación de un Arduino y la interfaz con un dispositivo MIDI. Si no tiene algunos de estos antecedentes necesarios, le recomiendo que consulte algunas de las clases / Instructables a continuación:

Circuitos

Arduino

MIDI

Nota de seguridad

Este proyecto sí implica conectarse a un circuito eléctrico. Tome todas las precauciones de seguridad necesarias. Este documento de Delsys tiene una sección sobre seguridad eléctrica, así como una descripción útil de las técnicas de EMG en general. Estaremos alimentando nuestro circuito con dos baterías de 9V; En ningún momento su circuito (especialmente cuando está conectado a él) debe estar conectado a la alimentación de CA de la pared.

Paso 1: descripción general del proyecto y lista de piezas

Nuestro proyecto se compone de tres componentes principales:

El 1.) amplificador EMG, 2.) el Arduino, y 3.) el dispositivo MIDI.

1. Construiremos el amplificador EMG en una placa de pruebas. Si está interesado en una mirada más profunda a la ciencia detrás del amplificador EMG y pasos más detallados sobre cómo construir el suyo, consulte mi Instructable amplificador de audio EMG.
2. Alimentaremos el Arduino con las mismas baterías de 9V que alimentan el amplificador EMG. La mayor parte del trabajo con Arduino estará en el lado del software.
3. Usé un iPhone con Garageband como mi dispositivo MIDI. El Arduino enviará señales MIDI estándar a través de un cable MIDI estándar, por lo que cualquier dispositivo MIDI debería funcionar en lugar del iPhone.

Partes

• (2x) LT1167 (amplificador de instrumentación)
• (2x) LT1112 (o cualquier chip de amplificador operacional dual)
• (1x) LM386N (amplificador de audio)
• (5x) Electrodos EMG de superficie (dos por músculo y uno como referencia) (Amazon)
• Arduino Uno (Amazon)

• iPhone (o cualquier dispositivo MIDI)

  Cable adaptador de MIDI a iPhone (si usa un iPhone) (Amazon)

• Varias resistencias, condensadores y cables de puente
• Protoboard (Amazon)
• (2x) batería de 9V

Instrumentos

• Soldador (Amazon)
• Pelacables
• Tubo termoretráctil
• Cinta eléctrica

Paso 2: ensamble el amplificador EMG

Para obtener un tutorial más completo sobre cómo construir el amplificador EMG, consulte mi Instructable amplificador de audio EMG.

Construiremos un amplificador EMG capaz de amplificar dos canales EMG. Usaremos un amplificador de instrumentación LT1167 por canal. La hoja de datos del LT1167 contiene útilmente un esquema para un "Amplificador de impulso nervioso", que seguiremos en este paso.

Montar el circuito

En la placa de pruebas, monte dos copias del amplificador de impulso nervioso que se muestra arriba. Las imágenes de mi circuito ensamblado deberían ayudarlo a guiarlo hacia el objetivo final. Agregué filtros pasivos de paso bajo de primer orden a la salida de cada uno de mis amplificadores para ayudar a reducir el ruido. Si desea agregarlos a su circuito, utilicé una resistencia de 1 kΩ con un capacitor de 0.047 μF para una frecuencia de corte de aproximadamente 2000 Hz.

Poder

Apagaremos el circuito con dos baterías de 9V. El LT1167 necesita + V y -V (porque la señal de la fuente EMG tiene valores positivos y negativos), por lo que conectaremos el pin menos de la batería + V al pin más de la batería -V. El pin menos de la batería -V se convierte en el valor -V. Cuando use dos baterías de 9V, terminará con + V y -V iguales a +9 y -9 voltios respectivamente.

Electrodos El siguiente paso cubre la ubicación de los electrodos con más detalle. El electrodo de referencia se conecta a la clavija 1 de uno de los amplificadores de instrumentación, y los pares de electrodos musculares se conectan a las clavijas 2 y 3 de los amplificadores de instrumentación. La orientación +/- de los electrodos no importa.

Nota: Si su circuito no funciona, ¡probablemente hizo algo mal! Una buena técnica para encontrar un error en un circuito es dibujar el esquema del circuito que realmente ha ensamblado en su tablero y compararlo con el esquema original. En ese proceso, puede encontrar un error (como hice muchas veces).

Paso 3: Prepare los electrodos

Como mencioné anteriormente, necesitaremos un total de cinco electrodos para este proyecto. Las grabaciones de EMG se realizan con un amplificador diferencial, lo que significa que estamos amplificando la diferencia entre dos puntos de referencia en el músculo. Esto significa que necesitaremos dos electrodos por músculo. Además, necesitamos una única referencia para medir la actividad muscular con respecto a. Aquí hay un enlace a algunos electrodos EMG de superficie que se venden en Amazon. El tipo exacto de electrodo no es demasiado importante para nuestros propósitos.

Como he mostrado en la imagen de arriba, coloque dos electrodos en el borde interior de cada antebrazo, paralelos a la longitud del músculo y separados unos 2 cm. Coloque el electrodo de referencia en la parte ósea de uno de sus codos, lejos de los electrodos de los músculos.

Pares de hilos trenzados

También querrá torcer los cables en sus pares de electrodos como se muestra arriba. Además de limpiar el desorden alrededor de su circuito, los pares de cables trenzados ayudan a reducir el ruido eléctrico recogido por los electrodos. Al alternar la posición de los cables hacia adelante y hacia atrás, cualquier interferencia electromagnética externa (por ejemplo, 60 Hz de la red) afectará a los cables en la misma medida. El amplificador diferencial eliminará esta señal de ruido común.

Paso 4: Amplificador de audio (opcional)

Si está interesado en escuchar la señal EMG sin procesar (sin ningún MIDI), puede agregar un amplificador de audio a su circuito EMG. Utilice un chip amplificador de audio LM386N y las resistencias y condensadores necesarios para ensamblar el circuito que se muestra arriba. El video de arriba demuestra cómo suena una señal EMG sin procesar (bueno, hay algunos filtros en el circuito, pero en su mayoría es sin procesar).

Si bien este paso no es necesario para activar las señales MIDI, le sugiero que lo intente. Escuchar la señal EMG puede ser una técnica muy útil para solucionar problemas y depurar su sistema. Por ejemplo, si hay una fuerte interferencia de 60 Hz de la red eléctrica, podrá escucharla mucho más fácilmente de lo que podría detectarla al muestrear la señal con su Arduino.

El audio de mi video se está recortando un poco, pero es un ejemplo bastante decente de cómo debería sonar una señal EMG limpia.

Paso 5: preparar los componentes MIDI

Para enviar la señal MIDI desde el Arduino al dispositivo MIDI, necesitamos soldar una de las tomas MIDI hembra. Debería consultar mi primer Instructable para obtener un tutorial más completo sobre cómo configurar MIDI en Arduino.

Estos son los pasos:

1. Suelde una resistencia de 220 Ω al pin 4 del conector MIDI.
2. Suelde un cable de 10 cm desde la resistencia al conector Tx en el Arduino.
3. Suelde un cable de 10 cm de largo al pin 2 y conéctelo a tierra en el Arduino.
4. Suelde un cable de 10 cm de largo al pin 5 y conéctelo a 5V en el Arduino.

Una vez que haya ensamblado el amplificador EMG y preparado el cable MIDI a iPhone, use dos cables de puente para enviar las salidas de los amplificadores de instrumentación a los pines A4 y A5 en el Arduino.

Paso 6: escribe el código Arduino

La canalización básica para el código Arduino es la siguiente:

1. Mida el nivel de ruido de línea de base para ambos canales EMG
2. Bucle de forma continua, midiendo el voltaje de cada canal EMG
3. Si el canal EMG que controla la intensidad de la nota cruza el umbral, active una nota MIDI en
4. Utilice la señal del otro canal EMG para modular el tono de la nota

Te animo a que pruebes a escribir tu propio código Arduino para procesar las señales EMG. ¡Sé con certeza que hay un mejor esquema de control que el que improvisé! Si desea comenzar con mi código, no dude en descargarlo aquí. Puede consultar mi repositorio de GitHub para ver las diversas iteraciones de mi código mientras trabajaba en el proyecto.

Paso 7: ¡Ponlo todo junto

Si todo ha ido según lo planeado, debería poder controlar su dispositivo MIDI utilizando la señal de sus propios músculos. ¡Muy emocionante! Una vez que tenga el proyecto funcionando, puede jugar con diferentes esquemas de control y explorar diferentes sonidos MIDI.

¡Avíseme si intenta crear uno de sus propios dispositivos MIDI controlados por EMG! Me encantaría saber cómo va y estaría encantado de ayudar con cualquier pregunta que surja en el camino. ¡Buena suerte!

Segundo premio en el Concurso de Sensores 2017