Team Amigos

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Gustav Gans.png
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Abstract

In der Blockwoche Medizintechnik DIY wird der Do It Yourself (DIY) Ansatz auf verschiedene Bereich der Medizintechnik angewandt. Dabei gilt es mit einfachen Mitteln teils komplexe Sachverhalte und Geräte selber nachzuvollziehen und zu bauen. Der Themenbereich beschränkt sich jedoch nicht nur auf die Medizintechnik. Auch eigene Ideen können während der Blockwoche verfolgt werden und in der Gruppe entwickelt werden. Die Teilnehmer der Medizintechnik DIY Blockwoche werden in Gruppen mit 3-4 Studenten eingeteilt. Durch die interdisziplinäre Zusammensetzung der Gruppen, ist für ein breites Fachwissen gesorgt und die Gruppenmitglieder können sich gegenseitig ergänzen. Die ersten Experimente wurden mit den Bausätzen von Backyardbrains durchgeführt. Dabei werden Körperfunktionen gemessen und mit einem Ardunio und der entsprechenden Erweiterung verarbeitet. Die verarbeiteten Signale können visualisiert, vertont oder weiter verarbeitet werden. So kann man die Stärke von Muskelkontraktionen durch LEDs anzeigen oder ein EKG des Herzens darstellen. Durch Skillshares wird das grosse Wissen der Teilnehmer untereinander geteilt. Dadurch bildet man sich in vielen Bereichen weiter und man beschränkt sich nicht auf ein Fachgebiet. So lernten wir in der Blockwoche viel neue "Skills". Wie z.B "Fisch ausnehmen", "LaTeX", "Body-fluids", "Ski wachsen", "Human-Computer-Interface" usw.

Mit den neu erlernten Fähigkeiten und den vorhandenen Materialien haben wir unseren ersten Prototyp, einen Flaschenöffner, hergestellt. Auf die Idee brachten uns die ersten Experimente mit dem messen der Muskelkontraktionen. Denn Menschen mit motorischen Einschränkungen der Hände haben oft Probleme einen Deckel abzuschrauben. Dies wollten wir mit unserem Flaschenöffner erleichtern.

Nach einer Dumpster-Diving-Session kam uns die Idee für den zweiten Prototyp. Wir fanden dabei eine LED, bei der man die Farbe mit einem kapazitiven Sensor verstellen kann. Das Prinzip mit dem kapazitiven Sensor führten wir weiter und bauten ein Keyboard, welches die Töne einer chromatischen Tonleiter wiedergeben kann. Aus aktuellem Anlass entstand daraus unser "Fasnachtswagen", "Playstation-UNO".

Team

Das Team Amigos setzt sich aus...

Amanda Lüscher, Medizintechnikstudentin, 24


zusammen.

Mitglieder:

Outcome: Das Herz schlägt noch! Die Bilder beweisen es. Man sieht die typische Herzkurve auch Elektrokardiogramm (EKG) genannt. Diese Kurve kann über den Mikrofoneingang auf einen Computer übertragen werden.

Pulsmessung klein Pulsmessung gezoomt

Reflexion: Das erste Experiment war erfolgreich, weil die verbundenen Komponenten korrekt miteinander kommunizierten und dadurch eine Darstellung der Herzkurve ermöglichten. Kurz gesagt, die Muskelkontraktionen des Herzens können auf einem Bildschirm in Echtzeit dargestellt werden. Es hat Spass gemacht, weil der erste Versuch beim ersten Anlauf geklappt hat, das Team dadurch motiviert wurde. Diese ersten Erfahrungen mit den "Muscle Spiker Shield" stimmten das Team positiv auf die Woche ein.

Experiment 2: Muskelbewegungen mit LEDs visualisieren

About: Bei diesem Versuch können die elektrischen Signale vom Hirn an die Arme mit verschiedenfarbigen LEDs visualisiert werden. Je nach Kraft die auf den Muskel gegeben wird leuchten die LEDs grün, grün und gelb oder grün, gelb und rot. Sobald die Kraft wieder weggenommen wird, erlöschen die Leuchtdioden. Experiment: Control Machines with your Brain

Outcome: Mit dem von backyardbrains heruntergeladenen Programm auf dem Arduino hat das Darstellen der Muskelkontraktion auf anhieb geklappt. Auf dem Bild sieht man die maximale Kontraktion mit allen leuchtenden LEDs.

Muskel LED 1.jpg Muskel LED 2.jpg


Reflexion: Es ist faszinierend, mit welch einfachen Mitteln eine Spannungsdifferenz der Nervenbahnen zur Hand detektiert werden können. Die LEDs sind nur eine einfache Darstellung, die Möglichkeiten diese Messung auszunutzen sind unbegrenzt.

Experiment 3: Durch Muskelkontraktion Töne erzeugen

About: In diesem Experiment sollen durch Muskelkontraktion Töne erzeugt werden. Dabei werden bei verschieden starken Muskelkontraktionen unterschiedliche Töne ausgegeben. Dafür wird an das Muscle SpikerShield einen Lautsprecher angeschlossen und ein Programm für das erzeugen der Töne auf das Arduino geladen. Das Experiment wurde nach dem Ablauf der Webseite www.backyardbrains.com durchgeführt. Dort kann auch der Aufbau entnommen und das Programm heruntergeladen werden. Experiment: Make Music with your Muscles


Outcome: Die Testperson hat gleich wie beim zweiten Experiment drei Elektroden am Arm. Zwei Elektroden liegen auf der Innenseite am Unterarm und eine auf dem Handrücken. Der Lautsprecher wird mittels Kabel an das Muscle SpikerShield angeschlossen. Dabei ist auf die korrekte Verkabelung mit dem Muscle SpikerShield zu achten (Ausgänge für Audio-Signale!). Es empfiehlt sich zuerst das Experiment 2 zu machen. Denn dort werden die Muskelkontraktionen gemessen und durch die LEDs visualisiert. Damit dies funktioniert muss eventuell der Schwellwert im Programm angepasst werden. Die Feineinstellung erfolgt mit dem Potentiometer auf dem Muscle SpikerShield. Ist die Intensität korrekt eingestellt werden die verschiedenen Töne ausgegeben und das entsprechende LED leuchtet.


Reflexion: Das erzeugen von Musik mit Muskelkontraktion ist mit dem Arduino und mit dem Muscle SpikerShield nicht nur relativ einfach es macht auch Spass. Obwohl es nur wenige Töne sind welche erzeugt werden können. Es simuliert ein Instrument welches zwar wenig Töne besitzt, jedoch instinktiv durch das Anspannen eines Muskels gespielt werden kann. Dabei sind keine koordinative Fähigkeiten nötig und durch die Visualisierung ist die Tonhöhe direkt sichtbar. Beim Aufbau ist vor allem auf die korrekte Verkabelung zu achten. Wir hatten zuerst ein Kabel im falschen Ausgang und es wurden keine Töne erzeugt. Dieser Fehler wurde aber schnell entdeckt als wir den Aufbau noch einmal überprüften.

Experiment 4: Muskelkontraktion übertragen

About: In diesem Experiment geht es einen Schritt weiter. Die Muskelkontraktion soll von einer Person auf eine andere übertragen werden. Experiment: Advanced NeuroProsthetics: Take Someone's Free Will

Outcome: Die erste Person hat drei Elektroden am Arm. Zwei an der Innenseite vor dem Ellbogen und eine auf dem Handrücken. Die zweite Person hat zwei Elektroden ebenfalls vor dem Ellbogen. Auf diese beiden Elektroden werden nun Stromimpulse gegeben, welche den Arm bewegen können.

Reflexion: Es ist faszinierend, dass mit ein bisschen Strom ein Arm bewegt werden kann. Man kann es sich denken, ein wenig schmerzen tut es schon.

Prototyp 1: Automatischer PET-Flaschenöffner

Erstes Holzmodell

Mit einem aus Holz gefertigten Modell wurden erste Tests gemacht. Leider war das Holz furniert und so brach das Model schon bei den ersten Versuchen auseinander. Für besseren Gripp wurden Japanmesserklingen eingesetzt und festgeschraubt. Diese waren der Grund für das Auseinanderbrechen.

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Zweites Modell

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Vorführung des Prototypen 1

Prototyp 2: Keyboard

Dumpster Diving

Capacitive Sensor

Referenz: [1], Arduino Playground


Playstation

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Erster Testversuch


Vorführung des Prototypen 2

Skill-Share Session: Fisch ausnehmen

Für das gegenseitige Vermitteln von Wissen, wurden sogenannte Skill-Share Sessions durchgeführt. Jede Gruppe musste eine Session organisieren und durchführen. Ivan war letzten Winter im schwedischen Lappland Eisfischen. So kam er auf die Idee anderen das Fischausnehmen näher zu bringen.

Der Fisch

Dorade


Unter folgendem Link erfährt ihr noch mehr über den Fisch: [2]

Vorbereitung

Durchführung

Dorade Dorade Dorade Dorade Dorade Dorade Dorade Dorade Dorade

Erfahrungen

Was haben wir gelernt - Skillshare

Arduino

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In der Arduino Session erklärte uns Chris wie ein Arduino Programm aufgebaut ist und wie Komponenten (Widerstand, LED, Button, LDR) angesteuert werden können. Als Beispiel zeigte er uns einfache Beispiele wie zum Beispiel das "LED blinken" mit einer Delay-Funktion. Für eine erste Einführung in die Materie dient der Arduino Einsteiger-Kurs (PDF & Code-Beispiele) des Fablabs. Weitere Informationen findet man auf der Webseite von Arduino. Ausserdem findet man im Internet viele Open-Source Programme und Anleitungen für verschiedene Anwendungen. Dieser kurze Input hat uns sehr geholfen, um das Arduino besser zu verstehen. Es würde sich eventuell lohnen solch einen Input am Anfang der Blockwoche anzubieten, damit man die folgenden Versuche besser versteht und weniger Zeit "verliert".

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LATEX

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Der Skillshare (DIY-MedTech LaTex - Team Bärenbrüder) zum Thema Latex wurde von der Gruppe Bärenbrüder durchgeführt. Ein Gruppenmitglied hat schon mit dem Programm gearbeitet und findet es praktisch für Dokumentationen von Projektarbeiten. Er erklärte uns die Basics des Programmes und die Grundbefehle für die Textverarbeitung. LATEX ist eine Textverarbeitungs-Programm, welches durch verschiedene Befehle die Formatierung von Dokumenten vereinfacht. Dabei wird ähnlich wie bei bekannten Programmiersprachen ein Code geschrieben, welcher dann in ein Dokument umgewandelt wird. Es bietet daher eine Alternative zu Word. Das Programm findet viel Anklang bei programmier gewohnten Personen. Daher findet man viele Erklärungen und Beispiele im Internet und man kann sich das "Coden" leicht selber beibringen. Es gibt auch Internetseiten welche innerhalb des Browsers das Latex-Programm anbieten. Ein Beispiel ist die Seite Overleaf. Diese ist sehr übersichtlich gestaltet und macht das erstellen eines Dokumentes zum Kinderspiel.

Der Skillshare brachte uns Latex etwas näher und wir ziehen das Verwenden des Programmes für zukünftige Arbeiten in betracht.

Skill-Share Session Body Fluids

In dieser Skill-Share Session hat uns Effi etwas über Körperflüssigkeiten vermittelt. Unser Körper besteht zu ⅔ aus H₂O und zu ⅓ aus festem Material. Um unseren Körper genauer zu betrachten, konnten wir DIY-Mikroskope einsetzen und Körperflüssigkeiten wie Speichel oder Blut genauer zu betrachten. Das DIY-Mikroskop stammt aus der DIY-Biotechnologie Bewegung. Ziel ist es aus heutigen Abfallressourcen wie beispielsweise alte Smartphones neue Laborgeräte wie Spektrometer, Mikroskope oder sogar DNA-Sequenziermaschinen selbst herzustellen. Mit dem günstigem "Abfall" können somit auch Menschen aus armen verhältnisen günstigere Ersatzprodukte zu den komerziellen Laborprodukten herstellen.

Anbei findet Ihr verschiedene Bilder und Videos von unserem Selbstexperiment mit dem DIY-Mikroskop-

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Von diesen ⅔ H₂O sind wiederum nur ⅓ Körperflüssigkeiten wie Speichel, Urin, Tränenflüssigkeit usw. die restlichen ⅔ H₂O sind in den Zellen gebunden.

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Speichel


Kopfhautdrüsensekret


Nasenpopel


Blut


Blutfilm


Hautfetzen


Tränenflüssigkeit

Bildgebende Verfahren

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Im Skillshare zu den bildgebenden Verfahren erklärte man uns die verschiedenen Möglichkeiten, um eine Abbildung vom Inneren des Körpers zu machen. Die Technologien wurden seit der Entdeckung und der Erstanwendung weiterentwickelt. Dabei wurden die Erkenntnisse aus anderen Themengebieten genutzt und in den Medizinprodukte eingesetzt. Die heutigen Geräte sind gut konstruiert und nutzen verschiedene physikalische Eigenschaften.

"Bildgebende Verfahren ist ein Überbegriff in der medizinischen Diagnostik. Genauer versteht man darunter medizintechnische Gerätschaften und Apparaturen, welche in der Lage sind, Bilder des Körperinneren zu generieren, ohne den Körper «öffnen» zu müssen. Grundsätzlich gibt es drei verschiedene Hauptkategorien von bildgebenden Verfahren: Computer-Tomographie, Magnetresonanz-Tomographie (engl. Magnetic-Resonance-Imaging), Sonographie (Ultraschall)" DIY-MedTech Bildgebende Verfahren

Das vorgehen der bildgebenden Verfahren wurde verständlich erklärt und die diversen Anwendungsgebiete aufgezeigt. Der Skillshare gab einen Einblick in die Medizintechnik und in die Mechanik der Geräte, welche meistens hinter einer Verschalung versteckt ist. Bei weiterem Interesse ist der Wiki-Eintrag DIY-MedTech Bildgebende Verfahren vom Team Champs zu empfehlen.

Human-Computer-Interfaces

DIN EN ISO 9241-110: „alle Bestandteile eines interaktiven Systems (Software oder Hardware), die Informationen und Steuerelemente zur Verfügung stellen, die für den Benutzer notwendig sind, um eine bestimmte Arbeitsaufgabe mit dem interaktiven System zu erledigen.“
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Die Kommunikation zwischen Mensch und Maschine ist in den letzten Jahren vermehrt in den Fokus gekommen. Heute sind wir sogar soweit, dass man mit Computer über Spracherkennung kommunizieren kann. Die Technologie hat zwar noch gewisse Defizite, aber vor der Digitalisierung war das Sprechen mit Maschinen undenkbar. So entwickelte sich die Kommunikation zwischen Mensch-Maschine bzw. Mensch-Computer ständig weiter. Anfangs konnte mit Tasten Befehle erteilt werden, dann kamen unter anderem Lochkarten, Bildschirme und Touchscreens. Die Kommunikation näherte sich immer mehr der "Human-Human" Kommunikation an, um die Bedienung möglichst zu vereinfachen. Mit "Artificial-Intelligence" gelingt auch die Vermenschlichung der Maschinen. Diese Technologien sind auf dem Vormarsch und werden vermehrt auch in der Industrie eingesetzt. Es wird noch einige Jahre dauern, bis die neuen Technologien zuverlässig eingesetzt werden kann. Aber bis dahin wird es noch viele Interessante Versuche geben, wie z.B. jene auf DIY-MedTech Human-Computer-Interfaces - gaudi

Ski wachsen

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Das der Ansatz "Do It Yourself" (DIY) auf fast alle Tätigkeiten angewendet werden kann, zeigte auch der Skillshare DIY-MedTech Ski wachsen - Team Fanta 4. Die begeisterten Schneesportler zeigten uns wie mit einfachen Mitteln und in kurzer Zeit einen Ski- bzw. Snowboard-Service getätigt werden kann. Da der Service bei einem Fachmann nicht gerade günstig ist und bei häufigem Gebrauch der Skier/ Bretter auch mehrmals pro Saison durchgeführt werden sollte, ist der Selbst-Service eine kostengünstige Alternative. Die nötigen Materialien und Werkzeuge hat man meistens schon zuhause oder man bekommt sie für wenig Geld in Sportgeschäften. Bei der Auswahl des Wachses sollte man auf die persönlichen Bedürfnisse achten. Ebenfalls kann mit dem unterschiedlichen Schleifen der Kanten einen Einfluss auf das Fahrverhalten der Skier und der Boards genommen werden. Das Wachsen und Schleifen braucht wie so häufig ein wenig Übung. Doch die Pflege des Sportgerätes hat nicht nur Einfluss auf das Fahrerlebnis. Sie ist auch für die Sicherheit während dem Sport wichtig. So könne beim Service Defekte wie z.B. Risse entdeckt werden.

Nach dem Skillshare trauen wir es uns zu den Service selbst durchzuführen und so unser Budget ein wenig zu entlasten. Damit steht dem Wintersport nichts mehr im Weg und wir sehen uns auf der Piste. ;)

Lasern

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Während der Woche wurden uns die verschiedenen Möglichkeiten im Fablab gezeigt und erklärt. Unter anderem auch das Lasern. Beim Lasern werden Platten aus verschiedenen Materialien mit einem Hochleistungslaser durchtrennt. Dabei kann man beliebige Formen und Geometrien lasern. Der Kreativität sind fast keine Grenzen gesetzt. Es muss jedoch darauf geachtet werden welches Material verarbeitet wird und dass die gewünschte Form nicht zu klein ist. Der Laser ist aber sehr schnell und genau. Deshalb eignet er sich ausgezeichnet für die Prototypen-Herstellung. Mit diversen Zeichnungsprogrammen kann ein Plan erstellt werden, welcher mit ein paar Maus-Klicken und einem USB-Stick auf die Lasermaschine geladen werden kann. Ausserdem ist bei gerechter Konstruktion das gelaserte Teil optisch ansprechend und somit auch für das Design von Prototypen geeignet.


Die Einführung zu den Lasermaschinen war sehr hilfreich und sollte jeweils anfangs Woche mit den Gruppen durchgeführt werden. Weiter Informationen zum Laser sind auf der Website vom Fablab zu finden.

3D-Drucken

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Das 3D-Drucken wurde uns, wie das Lasern,ebenfalls in der Blockwoche Medizintechnik-DIY etwas näher gebracht. Sodass wir unser eigenen Teile für die Prototypen drucken konnten. Beim 3D-Drucken wird ein Kunstoff erhitzt und dadurch zum fliessen gebracht. Dadurch kann er mit einer Düse und einem Dreiachsensystem in eine beliebige Form gebracht werden.Es gibt verschieden grosse Düsen, welche die Feinheiten der Struktur des Druckes mitbestimmt. Der Kunststoff wird dabei schichtweise aufgebaut und es ergibt schliesslich ein fertiges Teil. Das Prinzip kann mit einer Heissleim-Pistole sehr einfach aufgezeigt werden. Der flüssige Leim kann schichtweise aufgebaut werden und mit der Hand und dem Arm kann die Form gegeben werden.Bei der Konstruktion von 3D-Druck-Teilen ist darauf zu achten, dass es keine Überhänge gibt welche 45° übersteigen. Es kann alternativ auch mit einer Stützstruktur gearbeitet werden bzw. wird diese teilweise vom Programm für das 3D-Drucken automatisch generiert. Die Stützstruktur muss anschliessend manuell entfernt werden, was zeitaufwendig sein kann. Sind die Konstruktionsregeln beachtet worden und ist eine Zeichnung des Teils im entsprechenden Format vorhanden, kann man diese mit dem Programm CURA und einer SD-Karte auf die 3D-Drucker laden und den Druck starten.

Im Fablab stehen verschiedene 3D-Drucker von der Marke Ultimaker zur Verfügung. Die Einführung in das 3D-Drucken war sehr aufschlussreich und sollte auch anfangs Blockwoche mit den Gruppen durchgeführt werden, da das 3D-Drucken eine Möglichkeit bietet Einzelteile preiswert herzustellen. Weiter Informationen zum Laser sind auf der Website vom Fablab zu finden.

Alkohol Destilieren

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Eines der eher komplexeren DIY-Workshops war das Destilieren von Alkohol. Die schwierigkeit hier bestehet darin, den richtigen Destiliergrad von Alkohol zu finden. Wird zu wenig destiliert, besteht die Gefahr erblinden zu können. Grundsätzlich kann von Obst und Früchten (alles was gären kann) Alkohol hergstellt werden.


Der Prozess ist jedoch recht langwierig und benötigt eine grosse Menge an gegärten Ressourcen. In der Schweiz darf Alkohol ohne Bewilligung nicht selber hergstellt und verkauft werden. Jedoch sind die meisten Bauern nicht eingeschüchtert und es ist relativ einfach Alkohol vom netten Bauern neben an zu beziehen.


Spannend zu wissen: Jeder Tequila Schnaps wird in Mexiko hergestellt. Es gibt andere Alkohol sorten mit gleichem Geschmack, diese dürfen jedoch nicht unter dem Label Tequila verkauft werden.


Der Kurs war sehr spannend und sehr breit gefächert. Wir bekamen einen Einblick wie "Einfach" das Destilieren wirklich ist, welche Gefahren es mit sich bringt und von wo welcher Alkohol heute stammt.

Reflexion

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