Team Dreamteam

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Zusammenfassung

Herzlich willkommen auf der offiziellen Seite vom "Dreamteam". Auf dieser Seite werden die Ergebnisse der Blockwoche "Medtech DIY" vorgestellt. Die Daten unserer Projekte sind OpenSource, wenn man diese nachbauen möchte. Unsere Projekte im Überblick:

Hack 0: Muscle SpikerShield

Hack 1: Jukebox mit muskelgesteuerter Musik und einer LED-Erweiterung

Hack 2: Rolltreppen-Desinfizierer

Viel Vergnügen auf unserer Seite!

BEI JEDEM HACK NOCH 3-4 SÄTZE HINZUFÜGEN

Team

Dreamteam besteht aus vier Studierenden des Studiengang Medizintechnik: Flavia Achermann, Dario Renggli, Salome Siegenthaler und Jessica Di Lanzo der Hochschule Luzern Technik & Architektur.

Wochenplan

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Pflichtlektüre

Anhand der Pflichtlektüre konnten sich die Studierenden auf die Blockwoche "Medtech DIY" vorbereiten. Die wichtigsten Punkt aus dieser Literatur werden nachfolgend erläutert.

TED Talk

Im nachfolgenden Video spricht Greg Gage bei TED Talk über die Thematik, dass nur grosse Labore Hirnforschung betreiben können, da es sehr teure Maschinen und Geräte benötigt. Damit man aber auch mit ganz einfachen Experimenten den Menschen die Hirnfunktionen nahelegen kann, zeigt er ein sehr einfaches Experiment. Im Experiment kann eine Testperson mit den Muskeln am Arm einen Nerv einer anderen Person steuern. Dieses Experiment ist ebenfalls ein OpenSource Versuch, welches von jedem erstellt oder weiterentwickelt werden kann.

What is Open Source?

Als Open Source versteht man die öffentliche Zugänglichkeit von verschiedenen Arbeiten (Programme, 3D-Modelle, usw.) für alle. Open Source hat viele Vorteile wie: freier Zugang und Weiterverarbeitung, Zugang zum Quellencode, ein höheres Mass an Zusammenarbeit sowie die Beendigung der Bindung an einen bestimmten Anbieter.


Einführung Tools

Am Dienstagnachmittag gab es eine kurze Einführung für den Lasercutter sowie den 3D-Drucker

Lasercutter

Der Lasercutter durchtrennt oder grafiert Platten aus verschiedenen Materialien wie Holz, Karton, Plexiglas, Kunststoff, Leder, ect. mit einem Hochleistungslaser. Mit einem Zeichnungsprogramm werden die Pläne erstellt oder von Internetseiten mit vorhandenen OpenSource Daten übernommen. Wenn die Pläne bereitstehen, werden diese mittels Stick auf den Lasercutter übertragen, da werden die Pläne gelasert. Eines der Vorteile ist der schnelle Herstellungsprozess, so können zum Beispiel hochwertige Gehäuse für Prototypen hergestellt werden.

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3D-Drucker

Im FabLab stehen 3D-Drucker. Für die Herstellung eines 3D-Teils wird ein CAD Plan vom Objekt und eine PLA-Kunststoff-Rolle gebraucht, das beim Drucker eingefädelt ist. Ein Roboterarm druckt den flüssigen Kunststoff und nach dem abkühlen stehen die Objekte bereit. Gegenüber dem Lasercutter ist der 3D-Drucker extrem langsam, was bei der Planung berücksichtigt werden muss.

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Inputreferate

Während der Blockwoche finden immer wieder Inputreferate statt. Diese werden nachfolgend kurz zusammengefasst.

Urs Gaudenz - GaudiLabs

Am Montagnachmittag, hat Urs Gaudenz eine kurze Vorlesung zu den Themen Do It Yourself und Open Source gehalten. Das Ziel von Open Source besteht darin, Daten der Öffentlichkeit zur Verfügung zu stellen, wie man es zum Beispiel vom bekanntesten Beispiel 'Wikipedia' kennt. Bei Do It Yourself geht es nicht unbedingt darum, etwas alleine zu tun, weshalb synonym auch gerne Do It Together verwendet wird. Viel mehr geht es darum, sich in einer Community auszutauschen, Entwicklungen kostenlos von anderen Mitglieder zu übernehmen und weiterzuentwickeln.

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Ewen Chardronnet

Am Dienstagabend, hat Ewen Chardronnet uns art4med.eu vorgestellt, für welche er Artikel verfasst und publiziert. Insbesondere hat er uns verschiedene spezifische Projekte etwas näher vorgestellt:

  • UNBORNoX9
  • Quorum Sensing: Skin Flora Signal System
  • Marine biology

Skill Share Sessions

Bei den Skill Share Sessions werden am Mittwochvormittag verschiedene Themen von Studenten für Studenten vorbereitet, um sich in neuen Bereichen Wissen anzueignen. Nachfolgend werden die drei Skill Sessions kurz beschrieben, bei welchen die Gruppe Dreamteam teilgenommen hat:

Maker vs. Virus

Andreas Kopp (Gründer vom Erfindergarden) erzählte in seiner Skill Share Session über seinen Weg in den letzten Jahren und seine Ziele. Dabei hat er Einblicke in verschiedene Institutionen und Projekte gezeigt. Zusätzlich hat er gezeigt, wie er auch die Pandemie mit verschiedenen Produkten wie Maskenhalter oder FaceShield unterstützen konnte.

Arduino für Einsteiger

Chris Obrist führte in seiner Skill Share Session in die Grundlagen vom Arduino ein. Dabei ging er zuerst auf die einzelnen Komponenten vom Aufbau des Arduinos ein und erläuterte die Nutzen der einzelnen Funktionen und die Funktion des Breadboards. Zusätzlich wurde die Software sowie dessen Download gezeigt. Die Session war sehr lehrreich und spannend! Das Dreamteam konnte sehr viel Wissen für die folgenden Tage sowie weitere Projekte im Studium aufbauen.

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Video schneiden

Flavia zeigte bei ihrer Skill Share Session ihre Erfahrungen im Bereich der Videobearbeitung. Dabei geht sie genauer auf Bearbeitungsprogramme am Laptop (Programm DaVinci), jedoch auch auf simple Bearbeitungsprogramme am Handy (Programme Videoleap / Beatleap / Storybeat) ein. Dabei kann man je nach App selbst mehr entscheiden bei der Bearbeitung, aber es gibt auch Apps, bei welchen die Videos schon sehr automatisch zusammengeschnitten werden.

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Experimente

Hack 0

Ziel

Im Hack 0 ging es darum, erste Erfahrungen mit Mikrokontrollern und mit dem Löten von Leiterplatinen zu machen. Ausserdem wurden erste Programmcodes für das Arduino kennengelernt und der Aufbau und die wichtigsten Funktionen der Arduino Hardware, als auch Software, wurden demonstriert und ausprobiert. Ziel des Experiments war weiter, das Diskutieren und Austauschen von Wissen und Erkenntnissen bezüglich der Versuchsresultate.

Versuchsaufbau

  • Muscle SpikerShield
  • Arduino Uno
  • 3 Elektroden
  • Elektrodenkabel
  • USB Kabel
  • Programmcodes (led_strip2014_highergain.ino)
  • LEDs


Hier gehts zur Schritt für Schritt Anleitung: https://backyardbrains.com/experiments/muscleSpikerShield

Programmcode

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Durchführung

Damit das EMG SpikerShield funktioniert, müssen zuerst alle Komponenten auf die Platine gelötet werden. Anschliessend soll das Arduino IDE auf dem Laptop installiert werden. Dies wird benötigt um den Programmcode zu schreiben resp. zu öffnen. Zum Schluss verbindet man das Arduino mit dem Computer.

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Bei diesem Hack wurden die Elektroden am Unterarm befestigt. Danach konnten die Elektroden und über das Elektroden-Kabel mit den Muscle SpikerShield verbunden werden. Anschliessend wurde der Programmcode auf das Arduino geladen, damit der Hack 0 reibungslos funktionierte. Als die Muskeln im Arm der Testperson angespannt wurden, begannen die LEDs auf dem SikerShield je nach Intensität des Kraftaufwandes im Muskel (grün bei kleinem Kraftaufwand, rot bei hohem Kraftaufwand) zu leuchten. Über die Elektroden gemessen, wurden die effektiven Veränderungen des elektrischen Potenzials in den Muskeln, welche mit hoher Beanspruchung des Muskels steigen. Zusätzlich könnte ein Lautsprecher angeschlossen werden, um die Muskelaktivität anhand von lautem und leisen Rauschen hören zu können. Nach diesem Versuch konnten verschiedene Hypothesen aufgestellt werden und mit Experimenten bewiesen oder widerlegt werden.

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In einem zweiten Experiment wurden die Elektroden am Oberarm angebracht. Die Ergebnisse waren deckungsgleich zu denen beim Unterarm. Wird der Oberarm angespannt, resultiert eine höhere Muskelaktivität und dementsprechend zeigt die Kurve auf dem Diagramm, welches mittels Arduino ausgelesen werden konnte, einen Höhepunkt, siehe Bild unten.

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Das untenstehenden Diagramm zeigt das Resultat des ersten Versuches. Bei den Ausreissern (Höhepunkten) ist die Muskelaktivität voll im Gange. Bei den Tiefpunkten sind die Muskeln nicht angespannt und somit ist wenig Muskelaktivität vorhanden.

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Reflexion

Anfangs traten einige Schwierigkeiten auf, welche sich beim Upload des Sketchs auf das Arduino zeigten. Das Arduino wurde vom Laptop nicht als Gerät erkannt und konnte deshalb nicht als Port ausgewählt werden. Schliesslich stellte sich heraus, dass es wohl am Arduino und nicht an der zuvor gemeinten Falschinstallation des Arduino-Programms gelegen hat. Mit einem neuen Arduino hat der Upload schlussendlich reibungslos funktioniert. Beim ersten Versuch ging es darum, die Potenzialänderungen im Muskel zu messen. Dabei haben die LEDs ununterbrochen geleuchtet. Vor dem Versuch musste die Sensitivität am Potentiometer angepasst werden, um dauerndes Leuchten der LED's zu unterbinden. Mit einem entsprechenden Schraubendreher, wurden verschiedene Sensitivitäten ausprobiert, bis die gewünschte Einstellung passte. Die Messungen am Unterarm und am Oberarm lieferten die erwarteten Ergebnisse. Wenn der Muskel kontrahiert, steigt das Aktionspotenzial, das heisst die LEDs leuchten und der ausgegebene Wert auf dem Serial Monitor in der Arduino Software steigt an. Bei entspanntem Muskel ist das Aktionspotenzial tief, die LEDs leuchten nicht und der Wert auf dem Serial Monitor nähert sich 0. Beim dritten Experiment wurde festgestellt, dass keine Kontraktion der Muskeln im Unterarm stattfindet, wenn die Hand von einer zusätzlichen Person bewegt wird. Gemäss unserer Recherche, liegt das wohl daran, dass kein Nervenimpuls zum Muskel geleitet wird, da im Gehirn der Testperson kein "Befehl" zur Kontraktion ausgelöst wird und damit findet auch keine Veränderung des Aktionspotenzials statt. Dieses Experiment hätte noch weiter untersucht werden können, jedoch reichte die Zeit dafür leider nicht.

Hack 1

Ziel

Das Dreamteam erstellte im Hack 1 eine Jukebox, welche durch Muskelkontraktion Musik macht und zusätzlich optisch verstärkt durch ein farbiges LED-Band wird. Das Projekt "Hack 1" wird nachfolgend genauer beschrieben.

Versuchsaufbau

  • Arduino Uno
  • Laser Cutter
  • Holz für JukeBox
  • Elektroden
  • MusicShield
  • Elektrodenkabel
  • Lautsprecher
  • Programmcode
  • Batterie/Powerbank (5V)
  • Vorlage SVG-Datei JukeBox Etsy Link Etsy

Durchführung

Erstellung der Jukebox mit Hilfe des Lasercutters:

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Die gefertigte Jukebox konnte als SVG-File heruntergeladen werden und mit dem entsprechenden Programm verarbeitet werden. Dabei wurde einerseits die Software Adobe Illustrator andererseits RD Works V8 genutzt.


Fertigung der Jukebox:

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Aufgrund eher knapp bemessenem Spiel zwischen den Verzahnungen, musste die Jukebox mit dem Hammer anstatt Holzleim zusammengesetzt werden. Mit viel Feingefühl und Geduld wurden die verschiedenen Teile der Jukebox zusammengefügt. Um dem entstandenen Werk noch ein wenig Farbe zu verleihen, es eineindeutig zu gestalten, entschied sich Team Dreamteam die Jukebox mit Spray-Farbe einzufärben. Der Deckel wurde, wie im Bild ersichtlich, gold-braun coloriert.


Musik auf dem Arduino programmieren - steuerbar über den Muskel:

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Dieser Schritt basiert auf dem Hack 0, bei welchem jedoch noch das MusicShield hinzugefügt wurde. Somit kann anhand des Programmcodes und aus der Muskelkontraktion Töne über eine kleine Musikbox hergeführt werden.

Endprodukt

Fertiges Produkt: NOCH BESCHREIBEN

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Reflexion

Das Projekt "Hack 1" hat dem Team Dreamteam sehr viel Arbeit gekostet. Zuerst ergaben sich Probleme mit dem Lasercutter, da die Zargen der Einzelteile der Jukebox, nicht ineinander passten. Grund dafür war wahrscheinlich, dass die dafür genutzte Holzplatte minim dicker war als die angegebenen 3mm (Herstellertoleranzen). Ein weiterer Grund könnte der Verschleiss des Lasers (im FabLab nicht gleich eingestellt wie die Person, die Vorlage hochgeladen hat) sein. Aufgrund dessen mussten die Einzelteile der Jukebox mit viel Aufwand und einem Hammer zusammengebaut werden. Ein positiver Nebeneffekt dafür war, dass die Einzelteile nicht extra verklebt werden mussten. Die Steuerung der Musik konnte mit dem Programmcode aus dem Hack 0 gemacht werden und mit einem zusätzlichen Music Shield versehen werden. Die Erweiterung mit dem LED-Strip war ein grösseres Projekt als erwartet, da der Strip komplex aufgebaut ist. Vor allem das Löten zeigte sich als eine grössere Herausforderung als gedacht. Als Endprodukt hat es eine sehr hübsche und einzigartige Jukebox gegeben, welche nicht nur Musik mit Muskelkraft macht, sondern auch ansprechend aussieht und als Begeisterungsfaktor einem programmierten LED-Streifen aufweist.

Hack 2

Ziel

Das Ziel des Hack 2 ist es, ein Rolltreppen-Desinfizierer, inspiriert aus dem Internet, mit einer Pumpe zu erweitern, dass nicht zu viel Desinfektionsmittel benutzt wird. Auf der nachfolgenden Abbildung ist der Rolltreppe-Desinfizierer ersichtlich. Dieser könnte sehr schnell mit einem alten Projekt (Verbandaufwickler) von der Blockwoche DIY gebaut werden, in dem nicht ein Verband aufgewickelt wird, sondern ein Schwamm montiert wird. Das Projekt "Hack 2" wird nachfolgend genauer dokumentiert.

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Versuchsaufbau

  • Programmcode
  • Arduino
  • Pumpe
  • Relais
  • Batterien/Akku

Durchführung

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Nachdem alle Komponenten zusammengebaut und der korrekte Programmcode auf das Arduino geladen waren, funktionierte die Pumpe nicht wie gewollt. Als erster Schritt der Lösungsfindung wurden die Lötstellen ersetzt durch Klippkabel. Das Programm wurde erneut geladen, doch die Pumpe reagierte noch immer nicht. Der zweite Schritt war das Untersuchen der elektrischen Spannung mit einem Multimeter. Dabei zeigte sich bei der Batterie eine Spannung, bei der Pumpe jedoch nicht. Daraus schloss Team Dreamteam, dass die Pumpe defekt sein muss.

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Nach mehreren Tests war es definitiv klar, die Pumpe war defekt, die Programmcodes korrekt. Somit musste Team Dreamteam eine andere Pumpe für den Hack 2 verwenden. Die auf dem Bild ersichtliche Pumpe, entspricht nicht der für den Hack 2 benötigten Pumpe, jedoch zeigt diese auf, dass der Programmcode zuverlässig funktioniert. Für die komplette Ausführung des Hack 2, wäre eine andere Pumpe von Nöten, eine Pumpe, welche einen zweiten Schlauchanschluss aufzeigen würde.

Programmcodes

Unten ersichtlich sind die für Hack 2 benutzten Programmcodes, zur Inbetriebnahme der Pumpe. Beim Weiterführen des Hack 2 müsste der Programmcode noch richtig angepasst und eingestellt werden, damit die richtige Menge an Desinfektionsmittel auf die Rolle aufgetragen wird.

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Reflexion

Leider hat das Dreamteam erst sehr spät realisiert, dass nicht der Programmcode oder die Schaltung falsch, sondern die Pumpe nicht funktionstüchtig ist. Deshalb hat das Team einen ganzen Tag für den Hack 2 verloren und konnte deshalb kein funktionstüchtiges Modell kreieren. Trotzdem findet das Team, dass man an dieser Idee noch arbeiten und vieles rausholen kann.


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