Team Ananas Freunde
Contents
Gruppenmitglieder
Das Team die Ananas Freunde besteht aus 4 Mitgliedern der Hochschule Luzern Technik & Architektur.
Oliver Krähenbach Wirtschaftsingenieur
Raffael Truttmann Maschinenbau
Louis Fux Maschinenbau
Nicolas Studer Maschinenbau
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. Am Montag wurde zur Umsetzung der geforderten Prototypen die Gruppe der Ananas Freunde gegründet. Die Gruppe erlernt durch viele praktische Versuche und durch die Umsetzung von «do it yourself» Methoden, das Erstellen von Prototypen. Ein wichtiges Merkmal der Blockwoche ist ebenfalls das «Open Source». Damit soll sichergestellt werden, dass Informationen überall zugänglich sind. Mit diesen Ansätzen ist das Schnelle Erstellen von Prototypen möglich.
Theorie und Reflexion
Einlesen vor der Blockwoche
DIY in der Biotechnologie
DIY beschreibt die Idee, in einer eigenen Garage biotechnologische Experimente zu betreiben. Dies klingt wahrhaftig nach dem Ideal eines jeden Bastlers. In unserer Blockwoche „Do-it-yourself (DIY) in der Medizintechnik“ bekamen wir die Gelegenheit, einen Einblick in dieses gebiet zu erhalten und eigene kleine Experimente durchzuführen. Durch den DIY-Ansatz lassen sich die immer komplexer werdenden technischen Entwicklungen und wissenschaftlichen Erkenntnisse auf eine vereinfachte Weise darstellen und somit greifbarer machen. In einem Garagen- oder FabLab arbeiten oft Experten Hand in Hand mit Amateuren, was einen fruchtbaren Wissensaustausch ermöglicht. Dieses gegenseitige Lernen und Nutzen der Stärken anderer durften wir in der Skill Share Session am eigenen Leib erfahren.
DIY ist besonders für Bildungszwecke und für Entwicklungsländer eine große Chance, da hier oft nur begrenzte finanzielle Ressourcen verfügbar sind. Es geht dabei nicht nur um das reine Verständnis, sondern auch darum, durch das aktive Handanlegen ein tieferes Begreifen zu erlangen.
Open Source
Unter dem Begriff Open Source versteht man eine Quelle, die für jeden zugänglich ist. Anders gesagt, die Arbeit von jemandem wird offengelegt und kann von jedem genutzt werden. Der Vorteil ist, dass sich so die Arbeit laufend weiterentwickelt. Jeder Nutzer kann sie nach seinen eigenen Wünschen anpassen und dies dann auch wieder teilen.
Durch Open Source gibt es eine starke Zusammenarbeit von Nutzern mit unterschiedlichen Fähigkeiten, die einander helfen können und eigene Ideen teilen. Die Vorgehensweise ermöglicht es, sich mit beschränkten Mitteln in ein Thema einzuarbeiten. Es bildet ebenfalls eine sehr effiziente Lernmethode, in der alle Mitglieder der Gemeinschaft vom Wissen der Anderen profitieren können.
Inputs / Vorlesungen
Während der intensiven Blockwoche erhielten wir zahlreiche Einblicke in die Kultur des Selbermachens (DIY). Diese Einblicke halfen uns, ein tieferes Verständnis für die Prinzipien der DIY-Bewegung zu entwickeln, die Bedeutung von Open Source zu erfassen und deren Relevanz für uns als Studierende zu erkennen. Die Beiträge verschiedener Referenten boten uns wertvolle Perspektiven und es war faszinierend zu beobachten, welche innovativen Ideen diese Personen hatten und wie sie diese in die Realität umsetzten.
Vom 12. bis zum 17. Februar 2024 fand die Blockwoche im Bereich Medizintechnik statt. Hierbei kollaborierten Studierende aus den Studiengängen Wirtschaftsingenieurwesen, Medizintechnik und Maschinenbau. Gleich am Montag formierte sich die Gruppe "Ananas Freunde", welche sich dem praktischen Erlernen und der Anwendung von DIY-Methoden für den Bau von Prototypen widmete. Durch handfeste Experimente und die Erstellung eigener Prototypen sammelte die Gruppe wertvolle praktische Erfahrungen.
Workspace
Das Ambiente während der Blockwoche im FabLab unterschied sich markant von der regulären Studienatmosphäre. Die räumliche Nähe einer Vielzahl von Studierenden, die parallel an unterschiedlichen Projekten arbeiteten, führte zu einer lebhaften und bisweilen lauten Umgebung. Diese Dynamik erwies sich als zweischneidiges Schwert: Einerseits stellte sie eine Herausforderung für die Erarbeitung der Dokumentation dar, wo Konzentration gefragt war. Andererseits bot sie während der Experimentierphasen unerwartete Vorteile. Der unkomplizierte Austausch mit anderen Teams und die Möglichkeit, Probleme unmittelbar gemeinsam zu erörtern, waren ausgesprochen bereichernd. Zudem förderte die stetige Präsenz der Projekte anderer Teams den Fluss an Inspiration und den kreativen Ideenaustausch.
Hack 0
Einführung Arduino
Arduino ist eine Open-Source-Elektronikplattform, die auf einfach zu verwendender Hardware und Software basiert. Sie wurde für Künstler, Designer, Hobbyisten und jeden entwickelt, der sich für das Erstellen interaktiver Objekte oder Umgebungen interessiert.
Das Herzstück von Arduino ist ein physisches programmierbares Schaltkreis-Board (oft als Mikrocontroller bezeichnet) und eine Software, oder IDE (Integrated Development Environment), die auf Ihrem Computer läuft und zum Schreiben und Hochladen von Computercode auf die physische Platine verwendet wird.
Eines der Schlüsselelemente, die Arduino so beliebt gemacht haben, ist seine Zugänglichkeit. Die Einstiegshürden für das Erlernen der Grundlagen sind niedrig, und es gibt eine große Gemeinschaft von Menschen, die bereit sind, Wissen und Ideen zu teilen. Außerdem ist Arduino Hardware flexibel und relativ günstig, was es möglich macht, Projekte mit einer Vielzahl von Sensoren und Aktoren zu erstellen.
Die Programmiersprache von Arduino ist eine Vereinfachung von C/C++, was es relativ leicht macht, die Grundlagen des Programmierens zu lernen. Ein weiterer Vorteil der Arduino-Plattform ist die Vielzahl verfügbarer Erweiterungsboards, sogenannte Shields, die das Anbinden von zusätzlicher Hardware wie Motoren, GPS-Empfängern, Ethernet-Ports und mehr ermöglichen, ohne dass tiefergehende Elektronikkenntnisse erforderlich sind.
Ob Sie nun eine automatische Gießanlage für Ihre Pflanzen, einen persönlichen Wettermonitor, eine interaktive Kunstinstallation oder einen Prototypen für ein neues Produkt erstellen möchten, Arduino bietet eine zugängliche und vielseitige Plattform, um Ihre Ideen zum Leben zu erwecken.
Übung 1 Arduino
1.
Arduino Uno, 2 LEDs, 2 Schalter und ein Steckbrett
2.
Der Arduino wird mit Strom versorgt, von diesem werden die schaltergespeist, welche wiederum die LEDs mit Spannung versorgen. Das ganze ist natürlich ein geschlossener Kreis, damit der Strom fliessen kann.
3.
4.
3 Konstanten: ledpin1 = 11; ledpin2 = 10; schalterpin1 = 1; 2 Variabeln: int previousButtonState1 = 0; int counter;
5.-11.
const int ledpin1 = 11;
const int ledpin2 = 10;
const int schalterpin1 = 1;
int previousButtonState1 = 0;
int counter;
void setup() {
// put your setup code here, to run once:
pinMode(ledpin1, OUTPUT);
pinMode(ledpin2, OUTPUT);
pinMode(schalterpin1, INPUT);
Serial.begin(9600);
}
void loop() {
counter++;
/*
// put your main code here, to run repeatedly:
bool buttonState1 = digitalRead(schalterpin1);
if (buttonState1 == HIGH && previousButtonState1 == LOW){
digitalWrite(ledpin1, !digitalRead(ledpin1));
previousButtonState1 = buttonState1;
}
bool buttonState2 = digitalRead(schalterpin2);
if (buttonState2 == HIGH && previousButtonState2 == LOW){
digitalWrite(ledpin2, !digitalRead(ledpin2));
previousButtonState2 = buttonState2;
}
*/
int buttonState1 = digitalRead(schalterpin1);
if(previousButtonState1 != buttonState1){
digitalWrite(ledpin1,LOW);
digitalWrite(ledpin2,LOW);
}
if(buttonState1 == 0){
if(counter < 25){
digitalWrite(ledpin1,HIGH);
}
if(counter > 25){
digitalWrite(ledpin1,LOW);
}
if(counter == 50){
counter = 0;
}
}
if(buttonState1 == 1){
if(counter < 25){
digitalWrite(ledpin2,HIGH);
}
if(counter > 25){
digitalWrite(ledpin2,LOW);
}
if(counter == 50){
counter = 0;
}
}
previousButtonState1 = buttonState1;
Serial.println(buttonState1);
delay(10);
}
Hack 1
Elektrophysiologie
In diesem Experiment ging es um die Messung der Muskelaktivität. Im menschlichen Körper bestimmt das Gehirn, welche Bewegungen ausgeführt werden sollen. Mit Hilfe von elektrischen Signalen, kommuniziert das Gehirn mit den Muskeln und erteilt diesen Informationen und damit auch Befehle. Dieser Informationsfluss kann gemessen und verarbeitet werden. Mit den bereitgelegten Kits war es möglich die Bewegungssignale des menschlichen Körpers zu bestimmen. Diese wurden im Anschluss dazu genutzt um ein LED anzusteuern. In einem nächsten Schritt, wurde der Herzschlag mit einem Lautsprecher akustisch ausgegeben.
Erste Versuche
Als Erstes hatten wir versucht, mit einem EMG die Impulse durch den Arm zu messen und damit einen Servo anzusteuern. Das ist uns gelungen, jedoch hat die Ausführung nicht konstant funktioniert und die Übertragung der Impulse war sehr inkonstant. Daher haben wir uns entschieden, mit den Herzschlägen etwas zu machen. Der erste Versuch damit war, einen Buzzer an das Arduino anzuschliessen und den Herzschlag über diesen Buzzer wiederzugeben. Das ist und sehr gut gelungen, aus dieser Buzzer Idee entstand die nächste Idee des Mini-EKGs. Auf dieser Website kann die Grundlage unseres Codes angeschaut werden. Der volle Code ist etwas weiter unten verfügbar. https://srituhobby.com/how-to-use-the-heart-pulse-sensor-with-arduino-heart-pulse-monitoring-system/
Mini-EKG
Zum Abschluss des Hack 1 haben wir ein mini EKG gebaut. Aus einer MDF-Platte wurde eine kleine Box hergestellt. Die Kabel wurden alle verlötet, sodass kein Breadboard mehr nötig ist. Raffael hatte sich 3 Elektronen an die Brust geklebt. Eine links, eine rechts und eine etwas weiter unten am Bauch.
Über einen Bioamp EXG pill wurden die Signale vom Körper an das Arduino weitergeleitet. Dieses programmierten wir so, dass es die Signale verarbeitet und in einem Display anzeigt. Die Stromversorgung wird mit einer 9V Batterie sichergestellt, die ebenfalls in der Box verschlossen ist. Um diese zu schonen, wurde noch ein Ein-/Aus-Schalter eingebaut. Das fertige Produkt ist unten zu sehen.
Die Anzeige des BPM haben wir bis zum Schluss nicht richtig hinbekommen. Die Anzeige hat Teils sinnlose Werte wie "507" oder "720" angezeigt, wir haben bis zum Schluss nicht herausgefunden, wie wir die Anzeige korrekt darstellen können. Der von uns gebrauchte Arduino-Code ist im folgenden pdf sichtbar.
Hack 2
In unserem Hack 2 haben wir uns dazu entschieden, die EMG Messungen noch einmal zu probieren. Im Hack 1 hat die Auswertung der EMG Messungen nicht so geklappt, wie wir uns das gewünscht hatten, deshalb haben wir uns dazu entschieden, das erneut zu versuchen. Das Ziel unserer Gruppe war es, einen Flipperkasten zu bauen, welcher mit Muskelimpulsen bedient werden kann, anstatt Knöpfe auf der Seite zu drücken.
Flipperkasten
Der Flipperkasten hat eine Grundplatte und einen Rahmen aus einer 6 mm dicken MDF-Platte. Die Hindernisse sowie die beiden Spielarme und der Startstössel sind 3D-gedruckt. Diese Hindernisse wurden mit Heissleim auf der Platte befestigt. Mit einem Bioamp EXG Pill Mikrocontroller werden über Patches am Arm die elektronischen Impulse zum Arm gemessen und ausgewertet. Ein Arduino steuert dann einen Servo Motor an, an dem die Hebel befestigt sind. Mit der Bewegung der Arme können die Hebel gesteuert werden und das Spielgerät bedient werden.
Funktionstest
Den Servo-Motor des Hebels haben wir zum Testen einfach an ein MDF-Brett geschraubt und direkt angesteuert. Dies diente zum Feststellen, ob das ganze überhaupt so funktioniert, wie wir uns das vorgestellt haben. Der Test war erfolgreich verlaufen, der Hebel hat genug Momentum, um damit spielen zu können.
Fertiger Kasten
Mit dem fertigen Kasten zu spielen, macht Spass! Der Zusammenbau des Kastens hat etwas mehr Zeit in Anspruch genommen, als wir angenommen haben. Deshalb haben wir schlussendlich auf die Steuerung mit Muskelimpulsen zu verzichten. Diese Entscheidung wurde auch dadurch verstärkt, dass die verfügbaren Bioamps mit den Sensoren und Patches zur Aufzeichnung der Signale von den anderen Teams gebraucht wurden. Der Flipperkasten kann mit dem Computer bedient werden. Mit "A+Enter" wird der linke Hebel, mit "D+Enter" der rechte Hebel bedient. Die ganze Elektronik mit den Servo-Motoren und dem Arduino-Board sind auf der Rückseite befestigt. Die Spielkugel wird mit einem Stössel in das Feld gestossen, dieser ist mit einem Gummiband gespannt, sodass die Kugel auch die Schräge überwinden kann. Um zu verhindern, dass die Kugel wieder zurück in den Startschacht fällt, ist dieser mit einem Papierstreifen abgedeckt. Der Streifen ist so festgemacht, dass die Kugel in das Feld rollen kann, aber nicht in den Schacht. Der Test funktionierte super, dieses Projekt bietet eine exzellente Gelegenheit, beispielsweise in einer zukünftigen Blockwoche oder von anderen Enthusiasten, weiterentwickelt zu werden.
Der Donnerstagmorgen stand unter dem Motto "each one teach one". Es wurden 6 Sessions angeboten, in denen Mitstudierende, sowie Marc und Chris, uns spannende Einblicke in verschiedene Skills gaben.
Neurobiologie
Den Start in den Tag machten Marcel und Maxim mit einem spannenden Vortrag über Neurobiologie. Sie zeigten und wie das Nervensystem im Körper aufgebaut ist, wie die Nervenzellen und -bahnen aussehen und die Übertragung von Signalen funktioniert. Es war eine sehr lehrreiche und interessante Präsentation. In unserer Gruppe hatte noch niemand viel Vorwissen über Nerven und Nervensignale. Zudem war es spannend, etwas mehr über die Signale zu lernen, die wir mit dem Bioamp EXG pill auswerten können.
Seilbrücken bauen
Als Zweites hatten wir einen Workshop zum Thema Seilbrücken bauen und Einführung in diverse Knoten machen. Zu Beginn wurden uns einige Knoten vorgestellt, die wir selbst mit Seilen nach knöpfen konnten. Dann haben wir als Gruppe zwei Seile zwischen zwei Bäumen gespannt, um eine Slackline zu bauen. Der Workshop war ein voller Erfolg! Wir haben viel gelernt und das gelernte sogleich praktisch angewendet. Wir waren alle sehr glücklich und zufrieden mit der Session, wie an Oliver erkennbar ist.
Spaghetti Turm
Zum Abschluss des Morgens haben wir selbst einen Workshop veranstaltet. Im Raum E210 war das Ziel, mit Spaghetti, Marshmallows und einem Stück Klebeband den höchsten Turm zu bauen, der auch stabil stehen kann. Die erste Runde wurde mit 10 Spaghetti und 2 Marshmallows durchgeführt. Raffael hat diese Runde für sich entschieden. In der zweiten Runde hatten die Kandidaten 12 Spaghetti und 3 Marshmallows zur Verfügung. Während der Spielrunde hat Oliver diverse Challenges eingebaut, wie es muss ein Marshmallow an der Spitze des Turms sein, oder dass der Turm nach ein paar Minuten plötzlich zu einer Gruppenarbeit wird und der Rest der Zeit in 2er-Teams gearbeitet werden muss. Das Gewinnerteam bestehend aus Andreas und Patrick hat die Challenges am besten gemeistert. Den Workshop sahen wir ebenfalls als Erfolg. Den Mitstudierenden hat die Durchführung gefallen, und alle hatten Spass an dem Workshop.
Abschlusspräsentation
Zum Abschluss der Woche wurden die diversen Projekte der Gruppen vorgestellt. Wir erhielten einen Überblick über was die anderen Gruppen diese Woche alles erreicht hatten. Die Präsentationen waren sehr spannend, die anderen Gruppen haben interessante Projekte realisieren können! Die Präsentation unserer Gruppe ist im folgenden pdf zu finden.
File:DIY Abschlusspräsentation.pdf
Reflexion
Diese Woche hatten wir diverse Einblicke in verschiedene Themen erhalten. Der Einstieg und das erste Kennenlernen der DIY-Kultur war sehr spannend, wenn auch etwas aussergewöhnlich. Als, in diesem Aspekt, sehr unerfahrene Studenten war das unsere erste Berührung mit der DIY-Kultur. Für uns alle waren die Einblicke und Eindrücke sehr interessant. Das Kennenlernen von anderen Denkweisen gibt einem immer die Chance, die eigenen Denkweisen zu hinterfragen und neues zu lernen.
Auch in den Projekten, die wir diese Woche durchgeführt haben, haben wir neue Dinge gelernt und unseren technischen Horizont erweitert. Für Nicolas, Luis und Raffael war der Umgang mit einem Arduino Neuland und eine spannende neue Erfahrung. Oliver konnte dem Rest der Gruppe als gelernter Elektroniker viel beibringen und machte diese Woche enorm lehrreich. Er führte uns durch die Übungen mit dem Arduino und übernahm den Lead in der Umsetzung der Projekte, wobei er uns stets aufzeigte, was er macht, wieso er das macht und was die Sache macht.
Auch die Einführung in die elektrophysiologischen Messungen war etwas, mit dem unsere Gruppe noch keine Erfahrung hatte. Für uns vor allem spannend war, dass man Messungen wie ein EKG, EMG oder sogar Messungen des Gehirns mit ein paar einfachen Sensoren und einem Mikrocontroller von zu Hause durchführen kann und keine high-tech Geräte wie in einem Spital dafür benötigt.
Alles in allem lernten wir diese Woche enorm viel und die Erlebnisse dieser Woche werden uns noch lange bleiben.
