Team Iguana

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Allgemein

Die Blockwoche handelt von Do It Yourself (DIY) im Kontext der Medizintechnik. In interdisziplinären Teams werden durch Learning by Doing und Skill-Sharing verschiedene Themen basierend auf elektrophysiologischen Messmodulen behandelt (EMG, EKG, EEG, EOG). Das Ziel sind innovative Produktideen. Mit Hilfe der digitalen Produktion können in einem weiteren Schritt erste Prototypen hergestellt werden.

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Team

Das interdisziplinäre Team sollte aus Mitgliedern der Studiengänge Medizintechnik, Maschinentechnik und Wirtschaftsingenieurwesen bestehen. Unser 2er Team besteht aus Aufteilungsschwierigkeiten aus zwei Medizintechnikstudenten.


Alexander Pereira, Medizintechnik
Markus Hunziker, Medizintechnik

Location FabLab

FabLabs sind ein globales Netzwerk von lokalen Labs. Sie fördern den Erfindergeist und bieten diverse digitale Fabrikationsmaschinen. In FabLabs ist es möglich, beinahe alles herzustellen.

Zu Beginn der Blockwoche konnte jedes Team seinen eigenen Bereich im FabLab der Hochschule Luzern – Technik & Architektur einrichten. Dazu wurden viele Ressourcen zur Verfügung gestellt, welche von den Teams selber nach Gebrauch ausgesucht wurden.

Jede Person, welche im FabLab arbeitet hat Verantwortlichkeiten. Dazu gehört die Sicherheit, der Betrieb und das Wissen. Es darf weder Menschen noch Maschinen Schaden zugefügt werden. Beim Betrieb muss jeder seinen Arbeitsplatz aufräumen und putzen. Dazu gehört auch die Mithilfe des Unterhalts und Verbesserungsvorschläge. Damit das Wissen transferiert werden kann, sollen möglichst viele Projekte und Arbeiten dokumentiert werden. Weitergabe des Wissens ist jeder Zeit erwünscht.

FabLab Luzern

Grundlagen

Löt(l)en

Genauere Beschreibungen zum Thema sind im Dokument File:03_Loetverbindungen.pdf vorhanden.

Funktion und Wirkung

Löten ist ein thermisches Verfahren zum stoffschlüssigen Fügen und Beschichten von Werkstoffen. Das Lot wird durch Verflüssigung verarbeitet. Die Arbeitstemperatur liegt unter der Schmelztemperatur der Grundwerkstoffe.

Arduino

Arduino ist eine Open-Source Elektronikplattform, die auf einfach zu bedienender Hard- und Software basiert. Arduino Boards sind in der Lage Eingänge (Sensor, Knopf, usw.) zu lesen und in einen Ausgang (Motorbetrieb, LEDs, usw.) umzuwandeln. Mit einer Reihe von Anweisungen, welche an den Mikrokontroller auf dem Board gesendet werden, kann dem Board gesagt werden was zu tun ist. Dazu wird die Programmiersprache Arduino verwendet, welche mit der IDE Software geschrieben und auf das Board geladen wird.

Dank der einfachen und leichten Benutzerführung von Arduino wurde es für tausende von Projekten und Anwendungen eingesetzt. Arduino ist sehr gut für Anfänger geeignet und dennoch flexibel genug für fortgeschrittene Anwender. Das Programm läuft auf Mac, Windows und Linux. Häufig wird es eingesetzt um kostengünstige wissenschaftliche Instrumente zu bauen, Chemie- und Physikprinzipien zu beweisen oder um mit der Programmierung und Robotik zu beginnen. Auch für das Bauen von interaktiven Prototypen und Musik Experimenten kann das Arduino eingesetzt werden.

Vorteile von Arduino: Preiswert, Plattformübergreifend, einfache und übersichtliche Programmierumgebung, Open-Source und erweiterbare Software, Open-Source und erweiterbare Hardware

Projekte

LED - Strip vs. Muscle contraction

Anschluss der Elektroden an den Unterarm. Je nach stärke der Kontraktion leuchten mehr Dioden
Anschluss des Lautsprechers vom Heart and Brain SpikerShield

Drei Elektroden wurden an den Unterarm angeklebt mithilfe von Elektroden Gel (dieses Gel verringert den Widerstand zwischen Haut und Elektrode). Zwei wurden auf der unteren Seite des Unterarms angebracht und das dritte auf die obere Seite der Hand. Mithilfe des orangen Kabels vom Muscle SpikerShield wurden die Elektroden mit dem Arduino verbunden. Die zwei roten Drähte wurden mit den zwei Elektroden auf dem Unterarm verbunden und das schwarze, welches als Ground dient, wurde auf die Elektrode der Hand angeschlossen. Das Programm für das Arduino wurde von Backyard Brain zur Verfügung gestellt. Das Programm ist sehr simpel. Sobald der Muskel kontrahiert, leuchten die Dioden auf dem Shield. Je nach Kontraktionstärke werden mehr Dioden angesteuert. Die verschiedenen Farben der Dioden geben noch einen visuellen Eindruck der Stärke an. Dieses Programm haben wir noch erweitert und den Lautsprecher des Heart and Brain SpikerShield angeschlossen. Falls die Kontraktionsstärke bis zur letzten roten Diode gehen sollte, so wurde ein Signal wiedergegeben. Fällt die Stärke wieder zurück, so wird der Lautsprecher wieder ausgeschalten.

Elektrodenanschluss neben den Augen
Plott der Muskelkontraktionen auf dem Serial Plotter des Arduino


Detecting Eye Potential due to eye movement

In diesem Experiment wurden die Elektroden neben den Augen angeklebt und das dritte Elektron hinter dem Ohr. Die zwei Elektroden neben den Augen wurden mit den zwei roten Drähten verbunden und das dritte galt als Ground. Mithilfe des Heart and Brain SpikerShield konnten die verschiedenen Potenziale auf den Computer wiedergegeben werden. Mit dem SpikeRecord Programm konnten dann diese Potentiale geplottet werden. Wie auf der Abbildung XX zu sehen, sind verschiedene "Spikes" zu sehen. Wenn man die Augen nach rechts bewegt hat, dann sprang das Potential auf, wiederum bei einer linke Bewegung sank das Potential. Behielt man den Blick nach rechts oder links, so sprang das Potential wieder auf seinen Ursprungswert. Blickte man wieder gerade aus, so waren wieder Potentialspitzen zu sehen. Dieses Experiment haben wir noch erweitert. Zusätzlich zu dem Plotten haben wir einen Servo-Motor angeschlossen. Bei Linksbewegung sprang der Motor auf 0°, bei rechts Bewegung auf 180°. Wenn man gerade aus geschaut hat, blieb der Motor bei 90°.

Augenbewegung geplottet auf SpikeRecord

Drück den Lukas!

Ziel dieses Projektes, ist es ein Luftschacht zu konstruieren wo am Boden ein Ventilator befestigt wird, welches durch die Stärke der Muskelkontraktion angesteuert wird. Der Ventilator wird aus dem Motor einer Festplatte konstruiert. Da der Motor eine grössere Spannung braucht als das Arduino zur Verfügung stellen kann, muss eine zusätzliche Schaltung dazwischen geschalten werden. Diese Schaltung kann dann schlussendlich wie ein Servomotor angesteuert werden. Mithilfe eines USB-Spannungskonverter wird die 5V Spannung der Powerbank auf 12V transformiert. Der Motor der Festplatte besitzt keine Propeller die eine Luftströmung produzieren kann, deshalb wurde mithilfe von einem Stern, welches an den Zacken angeklebte PLA Rechtecke hat. Oberhalb des Probeller wurde eine "Vase" aus dem 3D-Drucker befestigt, um den Luftstrom in die Höhe zu lenken. Anfangs hatten wir Probleme, da in der Vase ein Unterdruck herrschte, so das Papier in die Vase eingesogen wurde.

MedTech DIY Modul

Montag

Der Montag galt als Start für die Blockwoche Medizintechnik DIY. Am Morgen bekamen die Studenten einen Input über das Thema Do-it-yourself und das FabLab. Nach dem Mittag konnten wir selbstständig schon unser erstes Projekt beginnen, das Zusammensetzen des Muscle SpikerShield von Backyard Brains. Obwohl wir beide wenig Erfahrung hatten wie man lötet, konnten wir es gut meistern. Jedoch ist uns ein Fehler unterlofen, wodurch wir ein wenig in Verzug gekommen sind. Aufgrund dieses Fehler haben wir auch noch das Entlöten gelernt, somit konnten wir aus einer schlechten Erfahrung schlussendlich eine gute machen.

Das Muscle SpikerShield wurde mithilfe der Instructions von Backyard Brain gemacht.

Dienstag

Am zweiten Tag der Blockwoche wurden zu Beginn die Skill Sessions vorgestellt. Dort konnte jeder seine Skills bereitstellen und welche Skills er gerne erlernen möchte. Darauffolgenden konnten wir wieder an unserem Projekt arbeiten. Unsere erste Aufgabe war es das Muscle SpikerShield fertig zu löten. Da wir nur noch wenige Teile zu löten brauchten, ging dies relativ schnell. Das fertige Shield wurde dann auf ein Arduino Uno aufgeklemmt und das erste Programm wurde getestet.

Mittwoch

Der Morgen begann mit der Skill Share Session Dumpster Diving. Dort haben wir Informationen erhalten, wie man Elektroschrott sinnvoll verwenden können. Wir hatten auch die möglich selbst im Elektroschrott der Hochschule Luzern zu "diven". Viele interessante Objekte haben wir gefunden. Schlussendlich haben wir eine alte Festplatte mitgenommen, um den Motor der in der Festplatte integriert ist anzusteuern. Dieser Motor besitzt eine hohe Drehzahl, welches wir für unser neues Projekt benutzen wollen. Wir haben uns entschieden ein Spiel zu bauen. Drück den Lukas! Mit Hilfe der Muskelspannung soll die Drehzahl eines Lüfters gesteuert werden können, wodurch in einem Steigrohr ein Ping-Pong-Ball in der Höhe verschoben wird. Diese Idee kam uns heute in den Sinn und wir versuchten sie mit ersten Versuchen vorwärts zu treiben.

Donnerstag

Gebläse für "Drück den Lukas"
Tag Nummer 4 begann mit Weitermachen am Versuch "Drück den Lukas". Den Motor der Festplatte brachten wir schon am Vortag zum Laufen, heute machten wir uns an die Steuerung via Muskelkontraktion. Dies klappte nach ein paar Anläufen eigentlich ziemlich gut. Danach suchten wir lange nach einer Fehlerquelle, da der Motor nicht zuverlässig seinen Dienst verrichtete. Mit Hilfe von Messungen und der Unterstützung von Urs, konnten wir dieses Problem fixen. Es lag zum Einen daran, dass die Versorgung via Powerbank mit 12V zu wenig Strom lieferte und der Servomotor zum Anlaufen einen Startalgorithmus benötigte. Danach bastelten wir einen Rotor aus alten 3D-Ausdrucken zusammen. Die Luftströmung erreichte jedoch nicht den gewünschten Effekt. Aerodynamik folgt morgen.

Freitag

Heute fand um 09.00 Uhr unsere Skill Share Session zum Thema Elektro-Physiologie statt, bei welcher Alex eine Präsentation vortrug.

Samstag

Hier kommt Text

Weiteres

Zusammenfassung Lektüren

Biotechnologische Forschung findet heute nicht mehr nur in spezialisierten Labors statt. Eine wachsende Gemeinschaft von Biologen, Bastlern und Technikbegeisterten experimentieren in Küchen, Werkstätten und Eigenbau-Labors. Einige sehen in der Demokratisierung der Biotechnologie eine Gefahr; andere die Chance für ein besseres Verständnis von komplexen wissenschaftlichen Zusammenhängen in der Gesellschaft.

2008 machten es sich einige Technik-Freaks in Boston zum Ziel, die biotechnologische Forschung aus den etablierten Institutionen in die Garagen und Küchen in den Städten und auf dem Land zu holen. Seither entstanden in Europa, den USA und in Asien dutzende Garagenlabors mit Waagen, Mixer, Kühlschränken und Inkubatoren, die sich die Initiatoren günstig über ebay zusammenkaufen. Teils werden die Labors auch gleich mit selbstgebauten Bioanalytik-Geräten bestückt. Neugierige Laien und gestandene Forscher experimentieren dort Schulter an Schulter. Mehrere parallele Entwicklungen haben zum Aufschwung der DIY-Biotechnologie geführt: Die technischen Komponenten für die Entwicklung von eigenen Bioanalytik-Geräten, darunter Mikrochips und LEDs, wurden dermassen billig, dass sie heute auch für Laien erschwinglich sind. Mit viel Kreativität bauen DIY-Biologen aus Einzelkomponenten neue Labormaterialien wie Spektrometer, Mikroskope oder sogar DNA-Sequenziermaschinen. Die Strategie des «Hackens» ist dabei ein integraler Bestandteil: Günstige, für den Massenmarkt produzierte technisch hochstehende Geräte wie Smartphones werden für neue, labortüchtige Funktionen modifiziert. Zum Beispiel finden Interessierte im Internet Anleitungen, um aus einer Webkamera für wenige Franken ein Computer-kompatibles Mikroskop zu basteln.

Neue Gefahr und Limiten Doch lauern in dieser Demokratisierung einer Technologie, zu der einst nur Spezialisten Zugang hatten, auch Gefahren? Darüber wurde insbesondere in den USA in den vergangenen Jahren eine öffentliche Debatte geführt. Einige befürchten neue Schlupfwin- kel für die Entwicklung von biologischen Kampfstoffen oder Un- fälle mit verheerenden Folgen. Das ist wohl übertrieben, aber die Gefahr des Missbrauchs soll auch nicht kleingeredet werden. Um dieser zu begegnen, verfolgen die USA mittlerweile eine Koope- rationsstrategie. Das FBI veranstaltet Kurse für Leiter von Gara- genlabors und sensibilisiert diese darauf, verdächtige Mitglieder frühzeitig zu melden [[1]]

Skill Share

DIY-MedTech Elektro-Physiologie - Team Iguana

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