Team Coconut Cowboys
Die Blockwoche MedTech-DIY ist eine Intensivwoche der Hochschule Luzern Technik & Architektur, welche einen hohen Fokus darauf liegt, Studenten Medizintechnik durch kleinere Experimente näher zu bringen. Mithilfe von verschiedenen Inputs der Dozenten und ehemaligen Teilnehmer des Moduls werden verschiedene Hinweise zu Tools und Applikationen gegeben, welche die Studierenden unterstützen sollen, ein grundlegendes Verständnis für die Technik zu erarbeiten.
Das Modul basiert auf dem Prinzip "DIY" was so viel wie "Do" + "It" + "Yourself" bedeutet. "DIY" bezieht sich auf die Praxis, Dinge eigenständig und ohne professionelle Hilfe herzustellen, zu reparieren oder zu verbessern. Der DIY-Ansatz betont die Selbstständigkeit und Kreativität der Personen.
Contents
Organisatorisches
Team Introduction
Marcel Bossard Medizintechnik
Automatiker EFZ
Alexander Hein Wirtschaftsingenieur
Gymnasium
Maxim Häussler Medizintechnik
Gymnasium
Standort & Wochenplan
Montag, 12. Februar - Samstag 17. Februar 2024
Täglich von 9:00 - 12:00 Uhr und 13:00 - 16:30 Uhr
Dienstag bis 19:00 Uhr
Samstag 10:00 - 13:00 Uhr
Workspace
Das Arbeiten unterscheidet sich im FabLab drastisch von der gewöhnlichen Studienatmosphäre. Die lebhafte Umgebung mit allen Teams auf engem Raum sorgt für eine motivierende Stimmung und fördert den Innovationsgehalt. Ausserdem ist der schnelle Austausch mit anderen Teams und den Coaches rasch möglich, um Unklarheiten direkt zu beheben und um neue Lösungsansätze zu validieren. Allerdings kann die Konzentrationsfähigkeit unter der lauten und hektischen Umgebung leiden. Für solche Fälle steht der Raum E202 zur Verfügung, in dem eine ruhige Arbeitsatmosphäre herrscht. Dieser wird ebenfalls für theoretische Inputs genutzt.
Einleitung
Vom 12.02.2024 bis am 17.02.2024, wurde die Blockwoche Medizintechnik durchgeführt. Dafür arbeiten Studenten aus dem Bereich Wirtschaftsingenieurwesen, Medizintechnik und Maschinenbauwesen zusammen. Ein wichtiges Merkmal der Blockwoche ist ebenfalls das «Open Source». Damit soll sichergestellt werden, dass Informationen von überall und für jeden zugänglich sind. Mit diesen Ansätzen ist das Erstellen von Prototypen in kurzer Zeit möglich. In diesem Kapitel ist die Einleitung in das Modul „MedTechDIY“ erläutert. Der erste Tag der Blockwoche steht hier vor allem im Fokus.
Modulziel
In unserer Gruppenarbeit betrachten wir ein Modul, das Medizintechnik mit Do-It-Yourself (DIY) Ansätzen kombiniert, um Studierenden praktische Erfahrungen und ein tiefgreifendes Verständnis für elektrophysiologische Messgeräte wie EMG, EKG, EOG und EEG zu vermitteln. Durch die Arbeit in Teams entwickeln und testen wir innovative Projekte unter Verwendung digitaler Fabrikationsmethoden. Dieser Ansatz fördert interdisziplinäres Lernen und vereint Technik, Design, Kunst und Wissenschaft, wodurch wichtige Fähigkeiten wie Teamarbeit, Problemlösung und kreatives Denken gestärkt werden. Wir nutzen fortschrittliche Technologien wie den ESP32-Mikrocontroller, erforschen Open-Source-Prinzipien und die DIY-Kultur, um eigene Lösungen zu entwickeln. Ein weiterer Schwerpunkt liegt auf der Dokumentation und Präsentation unserer Ergebnisse, was für wissenschaftlichen Austausch und berufliche Praxis essentiell ist. Die Einbindung in eine Community, die den Wissens- und Ressourcenaustausch fördert, erweitert unsere Fähigkeiten und Perspektiven. Dieser Bildungsansatz verändert, wie wir lernen, indem aktives, selbstgesteuertes Lernen mit dem Erwerb von Fachwissen und Schlüsselkompetenzen verbindet wird.
Wiki Nutzung
Allen Teams wurde die Hackteria Seite vorgestellt, welche auf der Software MediaWiki basiert und die Teammitglieder erstellten ihre Logins. Während des Inputs erhielten wir Kenntnisse im Umgang mit MediaWiki. Hierzu gehörten das Erstellen von Titeln, das Einbinden von Verlinkungen, das Hinzufügen von Bildern sowie das Erstellen von Seiten. Diese Fähigkeiten sind für die gesamte Woche relevant, um als Team die Wiki Seite zu bearbeiten und alles zu dokumentieren, was erarbeitet wurde.
Hackteria
Hackteria ist eine Online-Plattform, die Open-Source-Projekte sammelt und der Öffentlichkeit zugänglich macht. Die Ausrichtung von Hackteria liegt auf Projekten im Bereich der biologischen Kunst und wurde 2009 in Madrid von Andy Gracie, Marc Dusseiller und Yashas Shetty ins Leben gerufen. Das vorrangige Ziel von Hackteria besteht darin, Wissenschaftler, Künstler und Hacker dazu zu ermutigen, ihr Wissen zu teilen. Daraus sollen entweder neue Erfindungen geschafft, oder bestehende weiterentwickelt werden.
Die Skill Share Einleitung fand am Mittwoch Vormittag statt, an der alle Teams teilgenommen haben. Jede Person hatte je drei gelbe und drei rote Post-Its. Auf die gelben Zettel sollte man schreiben, welche Fähigkeiten man bereits besitzt und auf die roten Zettel, welche Fähigkeiten man in der Blockwoche lernen möchte.
Als ausgewählten Skillshare, den wir gerne erklären würden, nehmen wir den Skill "Neurobiologie". Dieser vermittelt essentielles Wissen über die Arbeitsweise unseres Gehirns, das für das Verständnis von Verhalten, Lernen und Gesundheit entscheidend ist. Der Skill hilft uns, psychische und neurologische Zustände besser zu verstehen und zu behandeln.
In unserer Präsentation haben wir das menschliche Nervensystem untersucht, indem wir seine Hauptteile wie das zentrale und periphere Nervensystem dargestellt und ihre Funktionen erklärt haben. Wir haben auch die Unterscheidung zwischen dem somatischen und autonomen System hervorgehoben. Weiterhin sind wir auf die Bauweise und Funktion von Nervenzellen eingegangen, einschließlich der Prozesse der Signalübertragung und der elektrischen Aktivitäten, die durch die Aktionspotenzialkurve veranschaulicht wurden. Wir präsentierten dies, um ein tieferes Verständnis der biologischen Vorgänge zu fördern, die lebenswichtige Funktionen in unserem Körper regulieren.
Die erste Folie zeigt eine Übersicht über das menschliche Nervensystem, mit Fokus auf die Unterscheidung zwischen dem Zentralnervensystem und dem peripheren Nervensystem sowie deren Komponenten und Verbindungen zu den Sinnesorganen, Muskeln und inneren Organen.
Die zweite Folie bietet eine detaillierte Darstellung des Aufbaus einer Nervenzelle, auch Neuron genannt. Sie zeigt die verschiedenen Teile des Neurons, einschließlich Zellkörper, Dendriten, Axon, Myelinscheide und synaptische Endknöpfchen, und erklärt deren Funktionen im Prozess der neuronalen Signalübertragung.
Die dritte Folie veranschaulicht den Ablauf eines Aktionspotentials in einer Nervenzelle. Sie zeigt die Phasen der Depolarisation, Repolarisation und Hyperpolarisation und deren Auswirkungen auf das Membranpotenzial der Nervenzelle.
Die vierte Folie illustriert den synaptischen Spalt, also die Verbindungsstelle zwischen zwei Nervenzellen, und zeigt, wie ein Nervenimpuls übertragen wird. Sie hebt die Freisetzung von Neurotransmittern aus den Vesikeln im Axonendknöpfchen und deren Diffusion über den synaptischen Spalt zur postsynaptischen Membran hervor, was die Signalübertragung zwischen den Neuronen ermöglicht.
MedTech DIY Projects
In diesem Kapitel sind alle Hacks und Projekte, die während der Blockwoche erfolgten dokumentiert.
Hack 0
Arduino LED Intro
Ziel war es sich erstmal mit der Hardware des Arduinos und weiteren elektronischen Komponenten vertraut zu machen. Dafür wurde ein einfacher Schaltkreis in Serie (ohne Arduino Sketch) mit einer Leuchtdiode (LED) und einen ohmschen Widerstand. Durch die 5V Speissung und das schliessen des Schaltkreises auf den Ground (GND), leuchtete die Diode erfolgreich.
Aufgabenstellung "Ansteuerung Servomotor"
Ziel ist es eine Ansteuerung eines Servomotors zu realisieren. Der Servomotor soll seine Position über einen Potentiometer erhalten.
Projekthilfestellung
Für dieses Projekt werden folgende Komponenten benötigt:
- Arduino UNO
- Breadboard
- Potentiometer
- Servomotor
- Jumpercables
Diese Komponenten werden gemäss nachfolgendem Schema miteinander verbunden:
Wie man sieht, ist ein analoger Pin (A0) und ein digitaler Pin (D9) angeschlossen. Da mit dem Potentiometer das Stellsignal für den Servomotor gesetzt wird, können wir daraus schliessen, dass wir diesen Pin als Konstante setzen können. Den Wert dieses analogen Signals benötigen wir als Variable. Damit wir die Funktionen der Ansteuerung eines Servomotors nicht neu erfinden müssen, implementieren wir eine library namens "Servo.h" mit dem Befehl #include.
Code
Der untenstehende Code realisiert die Ansteuerung.
Bilder/Videos:
Aufgabenstellung “Ansteuerung des Schrittmotors“
Gleich wie ein Servomotor kann auch ein Schrittmotor angesteuert werden. Für die Ansteuerung eines Schrittmotors wird ein Motor Shield benötigt. In unserem Fall haben wir folgende Komponenten eingesetzt:
- STEP MOTOR 28BYJ-48
- ULN 2003 Driver Board
- Arduino Uno
- Jumpercables
Code
Messen der Lichtsensitivität
In diesem kleinen Projekt verwenden wir einen Arduino, um die Lichtintensität mit einem Fotowiderstand zu erfassen. Der Arduino liest den Widerstandswert über den analogen Eingang A0 aus. Abhängig von der Lichtintensität verändert sich der Widerstand des Fotowiderstands, was zu variierenden Spannungswerten führt. Diese Spannungswerte, die der Arduino von A0 ausliest, werden als "sensorWert" erfasst. Der Wertebereich von "sensorWert" hängt von der am Pin A0 gemessenen analogen Spannung ab und kann zwischen 0 und 1023 liegen. Pin A0 wird als Eingang für den Fotowiderstand genutzt, während Pin 10 als Ausgang konfiguriert ist, um eine LED zu steuern. Diese LED agiert als visuelles Signal, das auf Änderungen in der Lichtintensität reagiert, indem sie bei bestimmten Sensorwerten aufleuchtet oder erlischt.
LED Button Control
In diesem kleinen Zwischenprojekt wurde eine LED über das Betätigen eines Buttons gesteuert. Ziel war es die Leuchtdiode zum Leuchten zu bringen, solange der Knopf gedrückt wird.
Steuern eines Displays
In diesem Projekt wurde ein Arduino-Sketch entwickelt, um EKG-Daten in Echtzeit zu erfassen und diese auf einem 128x32 Pixel OLED-Display, das über I2C kommuniziert, zu visualisieren. Der Kern des Projekts ist die Integration eines EKG-Sensors, dessen Signale über einen analogen Eingang (A0) des Arduino gelesen werden. Diese Signale werden dann in digitale Werte umgewandelt, die den Herzschlag darstellen. Zur Visualisierung der EKG-Daten auf dem OLED-Display wurde die Adafruit SSD1306-Bibliothek verwendet. Diese Bibliothek erleichtert das Zeichnen von Grafiken und Texten auf dem Display. Im spezifischen Fall dieses Projekts wurde eine kontinuierliche Linie gezeichnet, die die EKG-Daten in Echtzeit repräsentiert. Die X-Koordinate der Linie bewegt sich mit jeder neuen Messung nach rechts, während die Y-Koordinate basierend auf dem gelesenen EKG-Wert angepasst wird, um die Höhe der Herzschlagwelle auf dem Display darzustellen. Wenn die Linie das Ende des Displays erreicht, wird sie zurückgesetzt, und die Visualisierung beginnt von vorne, ohne das laufende Monitoring der EKG-Daten zu unterbrechen. Dieses Projekt demonstriert die Fähigkeit, biomedizinische Signale in Echtzeit zu erfassen und darzustellen, was für medizinische Überwachungsanwendungen von Bedeutung sein kann.
