Апгрейд мозга из одноразового вейпа: или то, что могло его убить, теперь может его прокачать.

Всем привет! О преимуществах и эффективности технологии: tDCS – транскраниальной стимуляции мозга электричеством. Если коротко: это способ поляризовать «подзарядить» нейроны постоянным током малой силы. Написано миллион статей и научных работ в интернете. И ­­­­­­­­­­­­­­­­­­­что из этого всего чистая правда, а что просто фантастика. Лучший способ проверить и по-настоящему разобраться в этом — испытать эту технологию непосредственно на самом себе. Что я, как любитель странных гаджетов, будучи электронщиком натуралистом или просто воинствующим сангвиником и решил сделать.
В поисках доступных по карману готовых приборов для меня пока еще с сомнительными возможностями в плане заявленной эффективности.

Предложений на рынке оказалось совсем не много и видимо ввиду низкой конкуренции и ввиду высокой наглости производителей, они решили вовсе не мелочится.

Схема-то простая: два электрода с током от 0.5 до 2 мА... но цены будто он должен заряжать не только мозг, но и чьи-то кошельки.

От того пришел к мысли что нет ничего выгоднее и интереснее, нежели собрать этот кибердевайс самому.

Перелопатив кучу форумов и более ли менее разобравшись с принципом работы подобных устройств, я нашел готовые схемы — от совсем простых от «пальчиковой батарейки и резистора» до немыслимо сложных на микроконтроллерах.

А также разобравшись с сопутствующими нюансами по базовой технике безопасности.
Вооружившись паяльником1 шт. и имея в черепной коробке мозг (тоже 1шт., пока еще исправный). В общем решился испытать судьбу.

.............................................................................................................................................................

В этом посту я поделюсь своим вариантом максимально простой схемы, с минимальными затратами и покажу как собрать эту чудо фиговину самому из доступных электронных компонентов.

А так же дам отчет о первичном опыте эксплуатации…

Первое что мне не понравилось практически во всех бесплатно предоставленных схемам в интернете, это система питания от батарейки «Крона» 9v. У данного подхода есть ряд минусов в виде изначально малой мощности по напряжению, где в зависимости от сопротивления человеческой кожи его может просто не хватить. Да и во многих промышленных приборах напряжение используют вовсе не 9, а 18v и даже выше. А если использовать комбинацию из нескольких одноразовых питающих элементов, где один сеанс проводится 15,20,30 минут, а таких сеансов может быть 10, 15 и более. В общем как то не очень выгодно это получается, да и вообще хотелось бы иметь возможность это устройство как то заряжать.

Соблазнительная идея питать устройство от сети 220в изначально была отброшена, потому как медицинские электронные приборы контактирующие с человеческим телом, через электроды. Обязательно должны быть гальванически развязанными, и если в мире и есть устройства типа электрофорез, электросон и т.п. Работающих непосредственно от сети. То проект подобного источника питания без наводок и помех, в данном случае медицинского БП будет в 1000 раз сложнее самого устройства стимулятора. Что я в свою очередь просто в силу своих совсем скромных знаний и возможностей не потяну, да и нет в этом ни какого практического смысла.

В общем решил, что вся схема будет питаться от аккумуляторной батареи и удобнее всего это на 3.7v. Как более популярное. Ведь на рынке есть контроллеры заряда (BMS — Battery Management System) для Li-ion батарей, к тому же оснащённые портом USB-C/MicroUSB...
И батареи под любую емкость и любые форм-факторы (18650, pouch cells).

Мой вариант устройства состоит всего из трех простых, по сути независимых блоков/модулей:

Базовое питание, регулировка напряжения, регулировка тока.

1. Модуль базового питания на 3.7v (аккумулятор + BMS). Либо купить аккумулятор и контроллер (BMS), типа TP4056, либо расскажу далее из чего можно добыть уже готовое решение без всяких заморочек и бесплатно.

2. Модуль повышающего преобразователя DC-DC(MT3608). Для регулировки напряжение от 1.2 – 24v, при питающем напряжении от 3.5-12v. Продается в разных вариантах с информативным дисплеем или без, главное, чтобы питался от 3.5v и повышал хотя бы 20v. В общем подойдет любой.

3. Модуль стабилизации с регулировкой силы тока от 0-2мА. По сути это главная часть устройства. Либо собирается на каком-нибудь одном биполярном NPN транзисторе (2N3904, 547, 1815, 440….,), либо на микросхеме LM344, и все это с обвязкой и потенциометром(линейным переменным резистором для возможности настройки силы тока).
   

Я более 1.5 года назад как бросил курить. Где последние 5 лет употреблял никотин исключительно при помощи вейпов или одноразовых электронных сигарет. Это такие вредные соски для взрослых, некие курительные(испарительные) системы для доставки никотина в организм. В следствии чего, и в следствии моей скупой жадности ко всему электронному. Где я просто не могу позволить себе так просто выкинуть, пусть уже и не нужное, но работающие устройство, из которого как из донора можно выпаять кучу интересных радиоэлементов. Которые в свою очередь могут повторно использоваться в бесконечном разнообразии моих самоделок. И я настолько в этом преисполнился, что даже начал просить у друзей и знакомых, кто еще не вышел из секты курильщиков. Отдавать свои использованные устройства мне на разбор.

Все эти курительные устройства в обязательном порядке оснащены Li-ion батареей на 3.7v, емкостью порядком от 350-1500 mAh. И очень часто с возможностью заряжаться от любого источника USB. В такой компоновке присутствует плата контроля питания, с контактным адаптером type-c или microUSB. И как вишенка на торте возможен даже некий интерактивный интерфейс, показывающий не только остаток курительной жижи, но и состояние уровня заряда батареи. В виде цифрового дисплея, светодиодных индикаторов или даже ЖК-дисплея. Что только добавляет функциональные преимущества и как в итоге такое вообще можно выбросить. Это же просто подарок, миниатюрный киберпанковский конструктор для всяких самоделкиных.

Да и корпус от самого устройства между прочим (если повезет с разбором), можно использовать тоже где-нибудь повторно.

Что касается самой платы, то по мимо всего выше перечисленного, на ней есть как минимум микроконтроллер: Мозг устройства. Часто это кастомная чип-версия популярных MCU (например, на архитектуре ARM Cortex-M0 или чипы от компании Telink). Управляет всем: зарядкой, активацией испарителя, индикацией отсечки затяжки. А также похожий на минимикрофон, мембранный датчик давления или термоанемометр. При желании и это все можно было использовать для наших целей. И возможно только этого было бы и достаточно, если иметь верный даташит на эти микросхемы и понять какой элементной базой они внутри оснащены. Как с этим можно работать и что из этого можно выжать. Но проблема в том, что все они как правило попадаются абсолютно разные, где каждая требует слишком много времени и много знаний для понимания вложенной в них логики. Производители используют максимально дешевые и часто безымянные чипы или чипы с зашитой прошивкой (OTP MCU), которые невозможно перепрошить. Даже если MCU узнаваем (например, STM32 или что-то от Nuvoton), у него отсутствует стандартная обвязка для программирования (нет выводов SWD/Debug, они не выведены на плату). Короче это некий реверс-инжиниринг для крайне упорных электронщиков.

В общем единственным верный и короткий путь их использовать только как плату контроля заряда аккумулятора. И для этого вовсе не нужны изучать каждую схему и пытаться подключится к питанию непосредственно на самой плате. А можно просто припаяется к +/- выходам батареи. Идеальная стратегия «черного ящика». То есть, просто как некий внешний паразит подключится к выводам аккумулятора, где + пойдет к IN(+), а – пойдет к – IN(-) повышающего преобразователя DC-DC.

В итоге получается мы питаемся от аккумулятора одной платой, устройством и т.д. А заряжаем его уже непосредственно от его родной системы (BMS).

Плата управления от вейпа, которая осталась припаянной к аккумулятору, продолжает выполнять свою главную функцию: безопасно заряжать аккумулятор, когда подключается к кабелю USB-C. Она контролирует ток заряда, напряжение, защищает от перезаряда, переразряда и короткого замыкания. И даже показывает нам остаток уровня заряда на аккумуляторе. А разряжаем мы уже своей, дополнительно повешенной на аккумулятор нагрузкой.

В общем с питанием вроде разобрались, теперь осталось его увеличить с 3.7v, до 9v и по возрастающей до безопасной величины.

Для этих целей как раз и нужен повышающий преобразователь напряжения DC-DC.
Как я и описывал ранее что подойдет практически любой, типа (MT3608). Главное чтобы у него на борту был подстрочный резистор для возможности регулировки уровня напряжения.
Поскольку я решил собрать сразу два tDCS прибора, вот один из них я и оснастил преобразователем с информативным цифровым индикатором уровня выходного напряжения, что крайне удобно и не нужно замерять мультиметром (хотя для убедительности все же советую). А также эти преобразователи могут иметь USB-C/MicroUSB порты подключения к источнику питания. Что в нашем случае может не иметь особого значения, потому как мы можем просто припаяться, но это может быть удобно при других сценариях подключения.

Выводы OUT(+) и OUT(-) далее уже идут в качестве питания на основную плату модуля стабилизатора устройства.

Поскольку весь прибор получается как бы из отдельных готовых модулей. А модуль стабилизации состоит из малого количества электронных компонентов, я решил не разводить плату а делать его навесным монтажом.

Обвес судя по схеме совсем не сложный, состоит из трех резисторов(R1-(1k)? R2-(3.3k), R3-(680om)), построечного(500om) и переменного(5k) резисторов, одного индикаторного светодиода LED и одного диода(1N4007). Его я поставил для защиты схемы от обратного тока (reverse current protection).
Кнопку включения повесил на выходной плюсовой контакт между аккумулятором и DC-DC преобразователя.

Получилось комбинированное устройство, некий "монстр Франкенштейна". Потому как первый модуль был взят из вейпа, второй просто куплен в готовом виде, а третий спаян из электронных компонентов. В общем отличный представитель DIY изделия.)

Корпус из под вейпа получило только одно устройство, для второго я использовал продуктовую упаковку.

В поисках рецептов изготовления электродов из доступных материалов. Решил сами контактные площадки сшить из целлюлозной губчатой тряпки, а внутреннюю часть сделать из нержавеющей металлической сетки. Нарезанной на кружки 5см² от дуршлага и зажатых при помощи шайб, гайками.

В качестве соединительных проводов использовал кабель AUX 3.5 mm Jack (мини-джек), на 2x RCA («тюльпаны»). Где цвет тюльпанов соответствует назначению, аноду и катоду.) На них в свою очередь цепляются крокодильчики, которые в свою очередь цепляются уже к электродам.

В место специальной шапочки(Electrode cap) на голову, решил использовать обычные ремешки с пряжками от какого-то ненужного рюкзака.  В них я прожег круглые отверстия для крепления электродов, тем самым можно удобным образом их фиксировать над нужной зоной области головы.

В итоге себестоимость готового устройства со всеми сопутствующими аксессуарами вышла до 1000 руб.

По результатам первичной 20 минутной терапии, были выявлены характерные телесные ощущения в виде легкого пощипывания и покалывания кожи в области приложенных электродов. Электроды предварительно были смочены в обычной воде без использования солевого раствора.

При резком повышении уровня тока появлялись кратковременные фосфены(вспышки в глазах). Что свидетельствует что устройство явно работает.

Для первого тестового испытания, электроды были наложены на зоны (анод на F3, катод на FP2), это распространённый протокол для повышения настроения при профилактики депрессии. 

Сложно сделать честные выводы и исключить влияние эффекта плацебо или просто некой возбудимости от самого эксперимента. И с учетом того, что терапевтический эффект от ТЭС, как пишут в основном накопительный и в большинстве случаев может ни как не проявляться на первом сеансе терапии.

И несмотря на то, что дело было уже поздним вечером, появилось ощутимое чувство ясности, бодрости и какая-то даже резкость ума.

Не хочется преувеличивать и никого обманывать, но то что что-то в голове меняется, это точно есть. И с этим предстоит еще разобраться, попробовать другие протоколы подключения, попробовать серию из 10-15 сеансов и возможно даже вести дневник ощущений.

Вывод

В заключении могу лишь заметить что это хоть и простое, но крайне интересное устройство. Собрать дешёвый и простой working tDCS- стимулятор из хлама  — вполне реально. И эта самоделка определенно заслуживает места в коллекции любого энтузиаста.

P.S. Это инженерный эксперимент, а не медицинская рекомендация. Всем, кто решится повторить, — осторожность, точность и здравый смысл!