MedTechDIY20 Team Frosch

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Einleitung

Die Blockwoche Medizintechnik DIY mit der Durchführung vom 03.02.-08.02.2020 wurde von 28 Studierenden besucht. In dieser Blockwoche werden die Studierenden mit der DIY-Bewegung vertraut gemacht und lernen in einfachen Schritten Projekte umzusetzen.

Team

Es existieren über 6000 Froscharten auf der ganzen Welt. Diese Vielfältigkeit der verschiedenen Froscharten ist enorm hoch. Es gibt sie in verschiedenen Farben und Grössen. Genau diese Vielfältigkeit hat sich das Team Frosch zum Ziel gesetzt. Die drei Gruppenmitglieder hatten sich von Anfang an das Ziel gesetzt Objekte, Geräte oder Gadgets zu entwickeln, die der Menschheit bei den Tätigkeiten im Alltag unterstützen. Sei es zum Beispiel beim Blumen giessen oder bei einem Spaziergang im Wald. Das interdisziplinäre Team Frosch besteht aus zwei angehenden Maschinenbauern und einem angehenden Medizintechniker. Also eine perfekte Kombination um die oben genannten Ziele zu erreichen.

Reflektion Pflichtlektüre

Bei den Verschiedenen Artikeln und Videos wurde uns näher gebracht was genau DIY bedeutet sowohl als auch die Idee hinter Open Source und deren Philosophie. Die Videos wurden im Team als motivierend für die Blockwoche empfunden. Somit wurde das Interesse der Blockwoche noch mehr gesteigert. Es gab gewisse Verständnis Schwierigkeiten bezüglich der Videos da diese nur auf Englisch waren. Das Team fand das Video von der Arm Kontrolle sehr beindruckend wie Mann mit wenig und simpler Elektronik «Medizintechnik» betreibt. Somit wurde der drang das nachzubauen umso grösser.

How to control someone else's arm with your brain | Greg Gage

Hack 0

EMG SpikerShield Bord

20200203 141631.jpg

Mit der sehr verständlich geschriebenen Anleitung und dem auf der Webseite von BackyardBrains hinterlegten, hochauflösenden Bild, war das Shields schnell zusammengelötet. Nach einer kurzen Pause wurde das zum Bausatz gelieferte Skript auf den Arduino kopiert und das Shield für erste Tests vorbereitet.

Das Spiker Shield misst anhand der mitgelieferten Elektroden die Spannung,, welche das Gehirn beim bewegen eines Muskels aussendet. Die Elektroden wurden auf den Arm der Testperson geklebt und mit den Krokodilklemmen mit dem Shield verbunden. Mit der Programmiersoftware von Arduino konnten die gemessenen Signale über den USB Anschluss des Arduinos ausgelesen und als Diagramm geplottet werden.
Als Ergebnis erhielten wir sehr schöne nahezu rauschfreie daten. Wie im Bild zu sehen ist, ist das Signal, welches zu der Kontraktion des Muskels führt. Wir waren beindruckt wie einfach das war, um solche komplexen Vorgänge im Gehirn und Muskeln darzustellen.
20200203 145826.jpg Bild Muskelkontraktion Gruppe Frosch.png

Heart and Brain Spiker Box

Das Heart and Brain Spiker Shield war bereits zusammengebaut und bereit für das Experiment zum EEG (Ausführliche Beschreibung des Experiments: Backyardbrain). Die Herangehensweise zur Messung des Hirnstroms war gleich der, des vorhergehenden Experiments. Eine Elektrode wurde hinter dem linken Ohr platziert und ein Stirnband mit zwei kontakten angelegt. Nachdem die Verbindung zur Software von BackyardBrain aufgebaut war, konnten die Signale dargestellt werden.
Die ersten resultierenden Daten ergaben nicht viel Sinn. Während der Suche nach Filteroptionen wurde schnell ersichtlich, dass das Eingangssignal nicht vom Arduino sondern vom Laptopinternen Mikrofon stammte. Also wurde als Eingabegerät der Arduino definiert. Die Kurve veränderte sich massiv und wies kaum noch Ausschläge auf. Der Anleitung des Experiments zufolge sollte sich die Amplitude der Kurve um ca. 5% vergrössern, während die Testperson die Augen geschlossen hat. Diese Differenz war auf dem Live-Monitor noch knapp ersichtlich. Vermutlich könnte man mit weiteren Filtereinstellungen die Unterschiede besser sichtbar machen.

Hirnstrommessung Gruppe Frosch.jpeg EEG Gruppe Frosch.png

Skill-Share Sessions

Am Dienstag 4.2.2020 wurden den Studierenden verschieden farbige Zettel verteilt. Auf diese Zettel mussten die Studierenden Fähigkeiten aufschreiben die sie sehr gut beherrschen und Fähigkeiten die sie sich gerne aneignen wollten. Aus diesen verschiedenen Zettel entstanden verschiedene Themenbereiche. Daraus entstanden 11 verschiedene Skill Sessions. Jedes Team bereitete eine Lektion über ein gewähltes Thema vor. Am Mittwoch 5.2.2020 wurden die Skill Share Sessions durchgeführt. In der folgenden Tabelle werden die angebotenen Sessions aufgezeigt. Die genauen Inhalte der Skill Shares sind unter den Links zu finden.

9:00 Photshop/GIMP Team Eehhh
E200?
DIY-MedTech Bildgebende Verfahren-Unterschiedliche Bildeindrücke - Team Frosch
Mensa
Arduino A Another Team
FabLab
10:00 DIY-MedTech Synths&Soundzz - dusjagr
Fablab Sofa Ecke
Team HustlerzZ Medizin-Crashkurs
E200
Elektrotechnik Bananas In Pajamas
FabLab1.Stock
11:00 Arduino B Die Profis
FabLab
Jassen und Gumpen Team Corona
Elephant
Autonomes Nervensystem und das Hören in der Medizin
E200
1:00 Zmittag Pause
13:00 Team G2020-Schweissen
Fablab
.... DIY-MedTech Skillshare - Zombie Apokalypse - Greg Gage
E200

Jedes Kursmitglied durfte mindestens drei Share Sessions besuchen. Im Allgemeinen ist zu sagen, dass die Skill Share Session eine durchaus spannende und positive Erfahrung war. Selten kann man sich in so wenigen Stunden so viele neue und verschiedenen Erkenntnisse und Fähigkeiten aneignen, wie bei einer solchen Session. Man hatte die Möglichkeit sich handwerklich weiter zu entwickeln, aber man durfte unteranderem auch Einblicke in medizinische, physikalische oder auch elektrotechnische Fachgebiete geniessen. Die einzelnen Skill Share Sessions wurden fachgerecht und verständlich erklärt.

Das Team Frosch hat sich dem Thema "Bildgebende Verfahren - Lesen und Beurteilen von Schnittbildern" gewidmet. Die Session fand in einem kleinen Rahmen statt. Das hatte zur Folge, dass der Leiter der Session gut auf individuelle Wünsche der Teilnehmer eingehen konnte. So wurden zum Beispiel die Darstellung von verschiedenen Pathologien auf Schnittbildern angeschaut. Es konnte auch gezeigt werden, wie die verschiedenen Kontrastmittel, die in den verschiedenen Bildgebenden Verfahren sehr häufig angewendet werden, den Bildeindruck beinflussen.

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DIY-MedTech Bildgebende Verfahren-Unterschiedliche Bildeindrücke - Team Frosch

Hack 1

Tragegurt mit Flasche
Arduino/Steuerung
Prototyp1
Zu Beginn des Hack 1 wurde zuerst das Material gesichtet. Dabei wurde eine Pumpe gefunden, die sofortigen Anklang bei den Teammitglieder fand und Motivation auslöste mit dieser Pumpe zu arbeiten. Das Ziel war es diese Pumpe in ein Gadget zu integrieren. Die Pumpe sollte mit Hilfe eines Arduinos betrieben werden. Die erste Idee war es, eine automatisch betriebene Giesskanne zu entwickeln, die mit einem Tragegurt am Rücken befestigt wird und einen integrierten Wassertank enthält. Mit einem Druckknopf soll die Pumpe ein und ausgeschaltet werden.

Code

Für die Ansteuerung des Relais über einen Taster wurde folgender Code auf den Arduino Uno geladen.

//Gruppe Frosch - Sketch-Schalter-Relais

bool geschaltet = false;
int RelaisPin = 5; 
int tasterPin = 2;
int empfindlichkeit = 200;

void setup() {
  pinMode( tasterPin, INPUT_PULLUP);
  pinMode( RelaisPin, OUTPUT);
}
 
void loop() {
  if (digitalRead(tasterPin) == LOW)  
  {
    if (geschaltet == false) {
      geschaltet = true;
    }
    else {
      geschaltet = false;
    }
  }
  if (geschaltet == true) {
    digitalWrite(RelaisPin, HIGH);       
  }
  if (geschaltet == false) {
    digitalWrite(RelaisPin, LOW);
  }
  delay(empfindlichkeit);
}

Funktionsweise

Aufbau

Hack 1.png

Der automatischen Giessmechanismus basiert auf einem Arduino Uno, welcher über einen Taster ein- und ausgeschaltet werden kann. Das Wasserreservoir bildet eine 1.5L Pet-Flasche. Die zwei verbauten Pumpen saugen Wasser aus dem Reservoir über PVC-Schläuche an und pumpen dieses nach vorne bis zur Hand. An der Hand befindet sich eine Armschiene an welcher sich ein Auslass und ein ergonomisch platzierter Taster befinden. Am Auslass befindet sich ein 3D-gedruckter Diffusor, der ein spritzfreies Giesserlebnis gewährleistet.

Hack 2

Beim 2. Hack hat sich das Team dazu entschieden, mit einem Temperatursensor und zwei Wärmepads zu arbeiten.

Bei Outdoor Tätigkeiten klagen im Winter viele Frauen aber auch Männer über kalte Füsse. Wenn die Außentemperatur sinkt, wird als erstes die Körpermitte vor der Kälte geschützt. Prinzipiell wird durch die Kreislaufversorgung der ganze Körper durchblutet, das Blut wird aber vermehrt dorthin geschickt, wo es gerade am dringendsten benötigt wird. Zuerst werden also das Gehirn und die lebenswichtigen Organe im Brust- und Bauchraum versorgt. In diesen Körperregionen wird vom Körper durch die vermehrte Blutzufuhr versucht, die Temperatur konstant auf 37 Grad zu halten. Äußere Gliedmaßen wie Arme und Beine sowie Hände und Füße werden dabei zuletzt durchblutet und durch den Blutmangel kalt. Um den Temperaturunterschied im Körper auszugleichen, beginnen die kalten Körperteile zu frieren.

Um diesem Problem entgegen zu wirken, hatten wir uns entschlossen eine Schuheinlage zu entwickeln die eine konstante Temperatur im Schuh halten kann. Dazu wurden zwei Wärmepads in eine Einlage integriert. Die Wärmepads werden anhand eines Wärmesensor ein- oder ausgeschaltet. Misst der Wärmesensor weniger als 23 °C schalten die Wärmepads ein und heizen den die Innentemperatur des Schuhs bis auf 27 °C. Nach dem Erreichen der 27°C schalten die Wärmepads wieder aus, damit nicht unnötig Energie verbraucht wird. So herrscht im Schuh immer eine kuschelig angenehme Temperatur und kalte Füsse gehören der Vergangenheit an.

Im nächsten Abschnitt wird der ganze Aufbau und die verwendeten Komponenten beschrieben.

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Schaltbild

Schaltung Hack 2 Gruppe Frosch.png