Vibrotaktil eldiven : yenilikçi bir duyusal rehabilitasyon cihazı / Cengiz Sinan Kostakoğlu; thesis advisor Osman Eroğul.

Tez (Yüksek Lisans)--TOBB ETÜ Fen Bilimleri Enstitüsü Aralık 2025

Bu tez çalışmasında, felç veya üst uzuv travması sonucunda dokunma duyusunu kaybetmiş bireylerin duyusal işlevlerini yeniden kazanmalarına yardımcı olmak amacıyla yenilikçi ve giyilebilir bir rehabilitasyon sistemi (Vibrotaktil Eldiven) geliştirilmiştir. Sistem, nörosensöriyel geri bildirimi yeniden kazandırmak üzere tasarlanmış olup, titreşim tabanlı eşik altı uyarım yoluyla sinirsel plastisiteyi desteklemeyi hedeflemektedir. Cihaz, 0–1000 Hz frekans aralığında ayarlanabilir bant sınırlı beyaz gürültü titreşimleri üretir ve eldeki stratejik noktalara yerleştirilen stimülatörler aracılığıyla farklı tipteki mekanoreseptörleri —özellikle Pacinian ve Meissner cisimciklerini— uyarır. Bu uyarım yöntemi, stokastik rezonans prensibine dayanarak, düşük genlikli gürültü sinyalleriyle eşik altı duyusal potansiyelleri güçlendirir ve duyusal algı eşiğini düşürür. Böylece, merkezi sinir sisteminde yeniden düzenlenmiş duyusal bağlantıların oluşmasına katkı sağlayarak dokunsal farkındalığın artmasına olanak tanır. Sistemin donanım mimarisi; beş adet stimülatör kontrol birimi, mikrodenetleyici, güç yönetim birimi, veri depolama birimi ve veri aktarım biriminden oluşmaktadır. Bu çok bileşenli yapı düşük güç tüketimi, yüksek kararlılık ve taşınabilirlik gibi temel gereksinimleri karşılayacak biçimde optimize edilmiştir. Gömülü yazılım, Thonny Entegre Geliştirme Ortamı üzerinde MicroPython diliyle nesne tabanlı programlama prensiplerine uygun şekilde geliştirilmiş, böylece sistemin modülerliği, bakımı ve ilerideki genişletilebilirliği güvence altına alınmıştır. Gömülü yazılım mimarisi, Blueetooth Düşük Enerji hizmet yönetimi, veri işleme, terapi kontrolü ve kullanıcı etkileşimi gibi bileşenleri ayrı modüller hâlinde organize eder. Kablosuz haberleşme, Bluetooth Düşük Enerji arayüzü üzerinden sağlanmakta olup, harici olarak geliştirilen mobil uygulama aracılığıyla terapi parametrelerinin —frekans ve genlik— kişiye özel olarak ayarlanmasına imkân tanımaktadır. Bu sayede hasta, terapi yoğunluğunu kendine göre düzenleyebilmekte, klinisyen ise uygulamayı uzaktan izleyebilmektedir. Tam işlevsel bir prototip tasarlanmış, üretilmiş ve TOBB Ekonomi ve Teknoloji Üniversitesi laboratuvarlarında kapsamlı şekilde test edilmiştir. Donanım, yazılım ve mekanik bileşenlerin entegrasyonu başarıyla tamamlanmış; sistemin titreşim doğruluğu ve Blueetooth Düşük Enerji haberleşme güvenilirliği doğrulanmıştır. Cihaz, Hacettepe Üniversitesi Sağlık Bilimleri Fakültesi bünyesinde yürütülecek klinik denemelere hazır hale getirilmiş olup etik kurul onay süreci devam etmektedir. Sonuç olarak, Vibrotaktil Eldiven, üst uzuvlarda duyusal kayıp yaşayan bireyler için düşük maliyetli, taşınabilir ve bilimsel temellere dayanan yenilikçi bir rehabilitasyon çözümü sunmaktadır. Kontrollü vibrotaktil uyarım aracılığıyla nöroplastisiteyi destekleyen bu sistemin, duyusal geri kazanım sürecine ve işlevsel dokunsal geri bildirimin iyileştirilmesine klinik düzeyde anlamlı katkı sağlaması beklenmektedir.

In this thesis, an innovative and wearable rehabilitation system (Vibrotactile Glove) was developed to assist individuals who have lost their sense of touch due to paralysis or upper limb trauma in regaining their sensory functions. The system is designed to restore neurosensory feedback and aims to promote neural plasticity through vibration-based subthreshold stimulation. The device generates adjustable band-limited white noise vibrations in the 0–1000 Hz frequency range and stimulates different types of mechanoreceptors—particularly Pacinian and Meissner corpuscles—via stimulators placed at strategic points on the hand. This stimulation method, based on the principle of stochastic resonance, enhances subthreshold sensory potentials using low-amplitude noise signals and reduces the sensory perception threshold. Thus, it contributes to the reorganization of sensory pathways in the central nervous system, enabling improved tactile awareness. The hardware architecture of the system consists of five stimulator control units, a microcontroller, a power management unit, a data storage unit, and a communication unit. This multi-component structure has been optimized to meet fundamental requirements such as low power consumption, high stability, and portability. The embedded software was developed using the MicroPython language within the Thonny Integrated Development Environment, adhering to object-oriented programming principles to ensure modularity, maintainability, and future scalability. The embedded software architecture organizes components such as Bluetooth Low Energy service management, data processing, therapy control, and user interaction into separate modules. Wireless communication is provided through a Bluetooth Low Energy interface, allowing therapy parameters —such as frequency and amplitude— to be customized via an externally developed mobile application. This enables the patient to adjust therapy intensity individually, while clinicians can remotely monitor the therapy process. A fully functional prototype was designed, manufactured, and thoroughly tested in the laboratories of TOBB University of Economics and Technology. The integration of hardware, software, and mechanical components was successfully completed, and the system's vibration accuracy and Bluetooth Low Energy communication reliability were validated. The device has been prepared for clinical trials to be conducted at Hacettepe University Faculty of Health Sciences, with the ethics committee approval process currently underway. In conclusion, the Vibrotactile Glove offers an innovative, low-cost, portable, and scientifically grounded rehabilitation solution for individuals with sensory loss in their upper limbs. Through controlled vibrotactile stimulation that supports neuroplasticity, this system is expected to make a clinically significant contribution to the recovery of sensory feedback and improvement of functional tactile perception.