Team Einhorn 2023
Contents
Einleitung
Blockwoche MedTech DIY
Die Blockwoche MedTech DIY findet zwischen 11.09.2023 - 16.09.2023 statt. In dieser Blockwoche werden Do It Yourself (DIY) Ansätzen im Bereich der Medizintechnik angewendet. In interdisziplinären Teams soll viel experimentiert und frei ausprobiert werden. Die erworbenen Erkenntnisse und Fertigkeiten sollen mit den anderen Studierenden geteilt werden. Das Ziel ist, dass gewonnenes Wissen geteilt wird. Verschiedene elektrophysiologischen Messmodulen (EMG, EKG, EOG, EEG) werden untersucht um damit innovative Produktideen zu entwickeln. Anschliessend werden Prototypen durch digitale Fabrikation hergestellt und anschliessend getestet.
Team
Wir sind Christian, Pauline, Nils, Samuel und wir sind das Team Einhorn. Wir sind motiviert um neue Technologien kennenzulernen, kreative Ideen umzusetzen und ohne detaillierte Planungen etwas zu bauen. Wir sind ein interdisziplinäres Team aus den Studiengängen Medizintechnik und Maschinenbau. Wir wollen deshalb voneinander lernen und von den Stärken und Interessen der anderen profitieren.
Christian ist/hat...
Pauline ist gelernte Orthopädietechnik-Mechanikerin und Austauschstudierende als Deutschland. Für das Lasercutten, Löten und 3D Drucken bringt sie bereits Vorerfahrung mit, möchte diese aber noch vertiefen. Ebenfalls hofft sie darauf ihr gelerntes Wissen in der Medizintechnik anzuwenden und daraus Prototypen zu entwickeln und selbst herzustellen.
Nils hat den Beruf Tiefbauzeichner gelernt. Bei der Arbeit konnte er erfahrungen sammeln mit Basteln von Gebaude- und Landschaftsmodellen. Sein Ziel ist alle Maschinen von FabLab kennzulernen und für die verschiedenen Projekte diese einzusetzten..
Samuel ist gelernter Konstrukteur. Beim Arbeiten hat er bereits einige Erfahrungen gesammelt im Bereich vom "professionellen Basteln" und Prototypenbau. Er ist aber neugierig und will neue Technologien kennenlernen und sich Fertigkeiten aneignen. Deshalb ist er motiviert, an der Blockwoche "MedTech DIY" teilzunehmen.
Vorträge
Marc Dusseiller
Marc hat uns einen Einblick in seine Tätigkeiten und einige seiner Projekte gegeben. Wissen weiterzugeben ist ein wichtiger und zentraler Bestandteil der DIY-Community. Denn andere sollen von den Versuchen, Modelle und dem erworbenen Wissen profitieren. Wir sind begeistert von diesem Prinzip und wir glauben, dass dies entscheidend ist für den Fortschritt der einzelnen Bastler und Entwickler sowie der ganzen Community. Wir wollen dies innerhalb unseres Teams sowie innerhalb der ganzen Gruppe fördern indem wir andere Fragen wie ihre Projekte laufen, welche Erfolge und Schwierigkeiten sie hatten und dies selber praktizieren.
Lina Lopes
Lina Lopes hat in ihrem Vortrag uns einen breiten Einblick gegeben in ihre persönliche Projekte. In einem Projekt hat sie die Hirnströme ihres Kindes gemessen und feststellen können, dass in unterschiedlichen Situationen andere Signale gesendet werden. Trotz einiger Skepsis sind wir begeistert von der Idee, dass man im eigenen Umfeld Versuche durchführt. Dies setzt eine gewisse Neugier und Mut voraus. Lina hat uns jedoch inspiriert um genau solche Experimente und Hacks durchzuführen ohne eine lange Planungsphase. Wir sind stark von dieser Mentalität geprägt, dass wir lange planen, recherchieren und erst dann mit dem Projekt beginnen.
Shih Wei Chieh
Grundlagen Schach
Jonglieren
Mojito
Hacks
Hack 0
Beim Hack 0 wird das Arduino kennengelernt. Zusätzlich wird ein Spannungsteiler erstellt mit einem variablen Widerstand (Körperteil). Durch die Messung der Spannung kann in einem weiteren Schritt der Widerstand berechnet werden. In einem zweiten Teil wird das Löten kennengelernt. Und im dritten Teil experimentiert das Team mit einem BioAmp.
Arduino
Ein Arduino ist ein Mikrocontroller mit analogen Eingängen und digitalen Ausgängen. Dazu gibt es eine Software, wo programmiert werden kann und dieses auf das Arduino (Hardware) geladen werden kann.
Ein Spannungsteiler ist ein Schaltkreis mit zwei Widerständen. Zwischen den Widerständen kann die Spannung gemessen werden. Damit kann einen unbekannten Widerstand ermittelt werden, solange der eine Widerstand bekannt ist.
Das Team wollte den Widerstand des Körpers zwischen zwei Fingern herausfinden. Als R1 wurde einen Widerstad mit 180kΩ in die Schaltung eingebaut. R2 war der Widerstand des Körpers zwischen zwei Fingerspitzen. Das Arduino sollte die Spannung messen zwischen den Widerständen (Uout) und auf einem Graph darstellen.
Graph Messung Widerstand
Aufbau Messung Widerstand
Auf dem Graph wurde einen Wert von ca. 215 angezeigt. Die Spannung von 5V, die das Arduino abgibt, wird in 1024 Abstufungen unterteil. Der angezeigte Wert bezieht sich auf diese Unterteilungen. Daraus kann die Spannung (Uout) ermittelt werden.
(Uout)=5V/1024*215=1.05V
Aus dieser Spannung kann der Widerstand der Haut ermittelt werden.
R2=R1/((Uin/Uout)-1)
Mithilfe dieser Formel konnte bestimmt werden, dass der Hautwiderstand bei diesem Aufbau 47.85kΩ.
Aus diesem Versuch haben wir einiges gelernt. Wir haben gelernt, wie wir das Arduino programmieren können. Die Oberfläche und die Sprache haben wir untersucht und konnten somit den Spannungsteiler-Hack durchführen. Wir haben festgestellt, dass es mit dem Arduino möglich ist, einen Widerstand ermitteln zu können mit einem Spannungsteiler. Denn das Arduino kann nur Spannungen messen und nicht direkt den Widerstand. Dieses Prinzip können wir bestimmt einsetzen in den weiteren Hacks.
Löten
Das Löten ist ein wichtiger Bestandteil in der Elektrotechnik und ist im Umgang mit Elektronik kaum weg zu denken. Das Team hat verschiedenen Vorkenntnisse im Umgang mit Löten. Um alle auf denselben Stand zu bringen wurde zuerst eine Übung absolviert. Dafür wurden LEDs, eine Batterie und ein Taster mit einer vorgefertigter Platine mittels Lötzinn verbunden. Die Platine hat die Form von einem Einhorn. Dieses Einhorn wurde zu unserem Maskottchen, da wir das Team Einhorn sind. Als Zusatz wurde ein grösseren Akku mit zwei AA-Baterien an die Halterung dern Knopfbaterie fest gelötet. Die Komponenten wurden von dem Anbieter Blinkparts zu Verfügung gestellt.
Es hat sich herausgestellt das der Lötzinn erst bei einer Temperatur um 400 Grad beginnt zu schmelzen. Der Lötzinn haftet sehr stark an dem Lötkolben, so musste der Lötzinn immer wieder Abgestrichen werden. Um genügend Lötzinn am den Lötkolben zu binden hat es sich bewährt die dickeren Lötzinn-Drähte zu verwenden. Ebenfalls Schwierigkeiten hatten wir mit Platten und flache Bauteile mit der Platine zu verbinden. Die Oberflächenspannung verhindert, dass der Lötzinn über die Kante der Bauteile fliessen kann, als Lösung wurde mehr Lötzinn verwendet.
BioAMP
Hack 1
Der Hack 1 ist ein TIC-TAC-TOE Spiel, dass mit einem EOG-Signal gesteuert wird. Der mechanische Aufbau des TIC-TAC-TOE Spiels ist so, dass 9 LED’s einzeln angesteuert werden können. Diese 9 LED’s stellen die Orte dar, wo normalerweise ein O oder ein X geschrieben werden kann. Diese Ansteuerung geschieht über das Arduino. Zusätzlich sind zwei BioAmp EXG Pill verbaut. Diese werden als Eingangssignale verwendet. Das erste Signal wird über links-rechts schauen genutzt, um die LED weiter zu schalten. Das zweite Signal wird über das Blinzeln in injiziert. Wenn die gewünschte LED blinkt, dann setzt man die LED durch das zweite Signal.
Der erste Meilenstein war, die EOG-Signale für das Spiel nutzen zu können. Dies wurde im Hack 0 getestet. Geprüft wurde, ob die Signale stark genug und auch eindeutig identifiziert werden können. Die Tests haben ergeben, dass ein eindeutig zu identifizierender Ausschlag entsteht, wenn die einzelnen Augenpartien angesteuert werden.
Für den zweiten Meilenstein wurde das TIC-TAC-TOE Spiel physisch auf dem Breadboard aufgesteckt. Zusätzlich wurde die Software dazu auf dem Arduino aufgespielt. Dies klappte auf Anhieb. Der Aufbau ist im Bild unten zu sehen.
Der dritte und letzte Meilenstein war das Verbinden des Spiels mit einem Display. Das Display zeigt dann an, welcher Spieler/Spielerinn an der Reihe ist. Nach den ersten Versuchen das Display zu verbinden, war dies auch erfolgreich. Nun wurde festgestellt, dass das Display flackert. Nach einer Weile haben wir herausgefunden, dass die beiden Arduinos auf der gleichen Masse liegen müssen. Denn wenn die beiden Arduinos nicht auf derselben Masse liegen, haben sie eine andere Referenz. Diese Referenz nehmen sie aus der Masse. Wenn dies nicht der Fall ist, gibt es Fehlsignale.
Der fertige Aufbau ist im Bild unten zu sehen. Zum einen sieht man links von dem langen Breadboard das Arduino, dass für die Steuerung des Spiels zuständig ist. Zusätzlich ist das Arduino im Bild oben hinter den Kabeln zuständig für die Ansteuerung des Displays.
Hack 2
Der Hack 2 ist eine Kombination aus Musikinstrument mit Tastensystem und einem Oszillator mini Lautsprecher. Weiteres Bauteile sind ein Spannungsteiler sowie ein Potentiometer für die Lautstärke. Die Idee hinter dem Aufbau ist durch den Wiederstand gesteuerte Töne zu erzeugen. Der Input wird durch 3 Kupferpads gegeben, so sind 3 Töne möglich. Ebenfalls ist ein Kupferpad vorhanden um den Stromkreis abzugreifen. Dieses Tasten- und Tonsystem kann für Medizinische Zwecke benutzt werden. Ein Szenario kann sein, dass Personen nach einem Umfall oder Traumata ihre Bewegungen wieder erlernen. So können die Pads im Raum, an einer Wand oder am Körper platziert werden und die Patienten müssen diese Pads berühren. Dieses System kann auch für kognitive Übungen verwendet werden. So kann ein Ton extern abgespielt werden und die Person muss sicher erinnern welches Pad diesen Ton abspielt, ein Memory mit Ton.
Zum Aufbau des Systems. Es wurde in einem ersten Iteration auf zwei Steckbretter die Schaltung erstellt. Das eine Steckbrett beinhaltet den Spannungsteiler mit den Pads. Das andere die Schaltung mit dem Potentiometer und dem Lautsprecher (s. Bild XY). Der Code ist eine Mischung aus dem Grundcode des Spannungsteiler und der Ansteuerung des Lautsprechers (s. Link im Bild XY). Das System kommt mit nur einem Analog Input aus. Dafür wurden im Code die Range von 0 bis 1023 in 3 Teile heruntergebrochen (maping). Je nach widerstand auf den Pads können 3 Outputs generiert werden. Die Wiederstände aufgrund des Hautkontakts variieren etwas. Dafür wurde im Code "while" schleifen mit einem Wiederstands-Range bzw. Spannungs-Range eingebaut. Diese Schleifen fragen immer wieder den aktuellen Spannungswert ab und senden die benötigte Spannung an den Lautsprecher, ansonsten ist das System auf Pause.
Erste Iteration des Hack 2
Zweite Iteration des Hack 2
Die erste Herausforderung war es den Lautsprecher anzusteuern und mit dem Potentiometer zu steuern.
