使用 Raspberry Pi 构建传感假肢

SenseBreast 是基于开放硬件的传感乳房切除术假肢的早期原型。

图片来源：

Opensource.com

内容提示：本文包含关于乳腺癌的坦诚讨论。

当您与外科医生讨论乳腺癌术后重建方案时，您问的第一个问题是什么？

“你能给我多少个 USB 端口？” 可能不是很多人首先想到的问题！

虽然这句话是开玩笑说的，但它引发了一个话题，最终成为了 SenseBreast——一个基于开放硬件的传感乳房切除术假肢的早期原型。

SenseBreast 是如何产生的？

所有技术都有历史——一个关于实验、失误、成功、挫折和突破的起源故事。SenseBreast 也不例外。SenseBreast 是作为澳大利亚国立大学 3A 研究所应用控制论硕士课程的学期项目开发的，这是一个竞争非常激烈的课程。3Ai 的使命是安全、负责任且可持续地扩展人工智能和信息物理系统。该任务的目的是探索电子虚拟世界与物理触觉世界之间的联系。

什么是 SenseBreast？

SenseBreast 结合了两个不同的元素：一个网络组件——电子设备、传感器和用于收集数据的存储，以及一个物理组件——一个设计用于佩戴在乳房切除术文胸内的乳房模型。SenseBreast 是一个基本的网络物理系统。在网络物理系统中，物理和软件组件深度交织，并根据上下文以不同的方式交互。

SenseBreast 借鉴了丰富的开源硬件和软件传统。它基于 Raspberry Pi 3B+，使用基于 Debian 的 Raspbian 操作系统，Python 与板载传感器交互，并使用 d3.js 可视化传感器生成的数据。

SenseBreast 的早期版本使用了 SenseHAT，但本着真正的开源协作精神，我与澳大利亚开源名人 Jon Oxer 合作开发了一个定制的 SenseBreast 板。它包含一个惯性测量单元 (IMU) 以及温度、湿度和压力传感器，就像 SenseHAT 一样，但此外，它还包含 BME680 挥发性气体传感器和一个心率监测器的分线器。

SenseBreast open hardware board developed by Jon Oxer and Kathy Reid

SenseBreast 是可穿戴技术，因此网络物理系统的物理形态也很重要。舒适度、质地和服装合身性等因素在可穿戴设备的设计中非常重要，因为技术只有对人们更好时才会变得更好！早期尝试为 SenseBreast 构建外壳的尝试彻底失败了；事实上，第一个迭代版本是用丙烯酸涂料和亚麻布组装而成，并用回形针固定在一起——真正是黑客风格！它穿起来一点都不舒服，但它为进一步探索提供了证明。

First attempt at creating a breast form using acrylic render covered in linen cloth

后来的迭代使用了不同的方法。这包括对乳房进行翻模，使用快干硅胶并用石膏模具支撑。然后将所得模具与慢干硅胶一起使用，以创建逼真的形状。在模具中雕刻了一个凹槽以容纳电子元件，并添加了一个额外的硅胶层，以保护佩戴者的皮肤免受电子设备接触。

我们从 SenseBreast 中学到了什么？

从 SenseBreast 中学到的关键是数据是片面的。它只讲述故事的一部分。它可能具有误导性和不可靠性，这使得基于该数据做出的决策也变得不可靠。例如，SenseBreast 收集的传感器数据受到 CPU 工作负荷的影响。下图绘制了设备启动后 SenseBreast 5 分钟的数据序列。您可以看到温度随时间降低；这是因为 CPU 在 Raspberry Pi 启动时必须更努力地工作，然后在启动操作完成后冷却下来。