Team Fantastic Three

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Wir sind eine Gruppe der Blockwoche Medizintechnik DIY (HS18) vom 12.2.18-17.2.18 der Hochschule Luzern in Horw, welche wild durcheinander eingeteilt wurde.
Alle für einer, einer für alle

Allgemeines

Mitglieder

Wir sind das Team Fantastic Three, welches sich aus 3 Studierenden von 2 Studienrichtungen zusammensetzt.
Mike Giger, Medizintechnik, 6. Semester
Philipp Renner, Maschinenbau, 3. Semester
Michael Weinberger, Maschinenbau, 3. Semester

Arbeitsumfeld

Uns steht für 1 Woche (Montag bis Samstag) das Fablab Luzern bei der Hochschule Luzern in Horw zur Verfügung. Dabei gelten folgende Regeln der Fab Charta
Nebenbei haben wir noch die Möglichkeit den Raum F201 und ein kleines Zimmer oberhalb im FabLab-Trakt zu nutzen.
Wir sind gesamt etwa 40 Leute aus den Bereichen, Medizintechnik, Maschinentechnik, Elektrotechnik und Wirtschaft. 16 Leute sind dabei aus der Medizintechnik, 16 aus der Maschinen- und Elektrotechnik und die restlichen aus der Wirtschaft. Alle durften sich selbst einrichten im FabLab und ihre eigene Teaminseln gestalten.

Ziele

Unsere persönlichen Ziele für diese Woche waren:

  • neue Projektmethoden kennenlernen
  • Upcycling von alten Elektroteilen (Hacking)
  • Verknüpfungen zwischen anderen Studienrichtungen lernen
  • Lernen von interessanten Nützlichen Dingen
  • Einführung ins Hacking Life

Projekte

Muscle Spiker Shield DIY v2

Am ersten Kurstag, löteten wir das Muscle Spiker Shield von Backyard Brains. Es war ein guter Einstieg in Löt(l)en und half auch bei der Teambildung. Man konnte einander helfen, sich unterstützen und sich kennen lernen.
Das Shield funktioniert nicht sofort auf Anhieb. Wir kontrollierten all unsere Widerstände und verbesserten unsere Lötstellen, aber es funktionierte immer noch nicht. Nach langem Probieren (eigentlich den ganzen Dienstag Morgen), haben wir schlussendlich mit einem anderen Shield erkannt, dass unsere IC's kabutt sind. Nach einem Austausch funktionierte alles problemlos und wir konnten mit unseren Versuchen starten. Dies zeigte uns erstmal, dass Experimentieren sehr zeitaufwändig sien kann.


EMG Signal Muskelanalyse

Unser erstes Projekt mit unserem Muscle Spiker Shield v2 war eine EMG (Elektromyographie). Bei diesem Verfahren, wird die elektrische Muskelaktivität gemessen. Es wird oft in der Neurologie verwendet.
Die Elektroden wurden am Unterarm montiert, die Erdungselektrode auf dem Handrücken. Beim Machen einer Faust, sieht man jeweils die Ausschläge auf dem Graphen. Erstaulicherweise aber eigentlich logisch gibt es keine Ausschläge beim Faustformen durch Fremdeinwirkung. Dort wirken keine elektrische Impulse auf den Muskel und dadurch zeigt der Graph auch nichts an. Weiter haben wir eingestellt,dass die LEDs am Gerät bei voller Muskelanspannung rot und bei keiner Anspannung grün leuchten. Auf dem Bild unten sieht man, dass der Probande nicht fest angespannt hat und somit orange leuchtet.
Dieser Versuch war mit wenigen Problemen gegangen. Das Programm und der Versuchsbeschrieb konnte auf der Webseite von Backyard Brain Spiker Shield downgeloaded werden und funktionierte mit kleinen Anpassungen einwandfrei. Das Programm für den Graph ist auch auf der Webseite zu finden. Der Text ist auf Englisch, aber gut zu verstehen.

Augenmuskelnanalyse EOG

Unser zweiter Versuch ist mit dem Heart Brain Spiker Shield von Backyard Brains. Wir haben Elektroden an den Schläfen, und die Erdungselektrode hinter dem Auge montiert. Durch das korrekte Programm auf der Website von Backyard Brains haben wir dann mithilfe eines Spike Recorders die Muskelkontraktionen der Augenmuskeln analysieren können. Dies klappte sogar mit geschlossenen Augen. Man konnte immer sagen, in welche Richtung der Probande schaute.Das Anbringen der Elektroden hatte einen grossen Einfluss auf das Resultat und wir mussten einwenig ausprobieren. Die besten Resultate erzielten wir mit Elektroden an den Schläfen und die Ground-Elektrode hinter dem Ohr. Beim links schauen, schlug der Graph nach oben aus beim nach rechts schauen nach unten.
Der Versuch ist auf Backyard Brains EOG beschrieben und kann von dort gut und einfach übernommen werden. Das Programm machte auch hier keine Problem und man musste nur wenige Parameter anpassen.

Herzschlaganalyse

Durch Anbringen von Elektroden an den beiden Handgelenken und auf dem Handrücken (Erdung), und mit dem Heart und Brain Spiker Shield kann man den Puls messen. Man erkennt sehr gut auf dem Graph, wie der Puls schlägt. Das Programm vom Augenmuskelversuch kann übernommen werden und bedarf nur kleiner Anpassungen im Anzeigebereich im Spiker Recorder. Man sollte für den Versuch entspannt sein und darf die Muskeln nicht anspannen, da diese dann einen Einfluss auf den Graphen haben.Auch hier zeigte sich, dass die Orte der Elektroden einen Einfluss aufs Resultat haben. Mit der oben beschriebenen Konfiguration erhielten wir die plausibelsten Resultate.

Herzschlagfrequenz.JPG

Alternative Pulsmessung

Aufgrund der ersten Experimente ersuchten wir eine alternative für die Pulsmessung. Moderne Pulsuhren schaffen das Pulsmessen auch ohne Elektroden, somit wollten wir eine Messung visuell probieren.

Der erste Gedanke war mit einer Webcam-Kamera den Puls ermitteln. Dafür haben wir ein DIY-Mikroskop auseinander genommen und dessen Kamera an unserem Notebook angeschlossen. Schnell ist uns dabei aufgefallen, dass es nicht möglich ist, da man keine Farbunterschiede feststellen kann. Somit ist dieses Projekt ins Wasser gefallen.

Weiter sind wir im Internet auf eine DIY Anleitung eines Pulsmesser gestossen. Wir entschieden uns diesen Pulsmesser nachzubauen.
Link zur DIY Pulsmesser aus dem Web: Pulssensor

Das Schema der Website links und unser Aufbau rechts sieht folgendermassen aus:

Infrared-pulse-sensor-schematic-abstract-620px.png


Weiter nach dem Fehler suchen ist unsere Devise und leider sind wir alle nicht sehr geübte Arduino-Programmierer. Weiter haben wir nebenbei ein Gehäuse konstruiert, wo wir unser Produkt dann versorgen könnten. Wenn es jedoch nicht funktioniert, brauchen wir auch kein Gehäuse. Somit haben wir die Gehäusekonstruktion auf die Seite gelegt. Die ersten zwei Versuche haben wir falsch gelötet (LED brennte nicht und es wurde nichts aufgezeichnet)und mussten somit einen dritten Versuch starten. Endlich der dritte Versuch leuchtete, bei weiteren Testen mit dem Arduino bekamen wir ein Signal, jedoch kein schlaues. Auch mit Hilfe von Thomas konnten wir dieses Projekt leider nicht beenden und nicht gross präsentieren.
Hier noch ein Bild von unserem 3 Versuch:

Pulsmesser V3.JPG

Temperatursensor für Expeditionen

Expeditionsanzug

Im Höhenbergsteigen und auf Expetitionen in Eisigen Gebieten ist das überwachen der Körpertemperatur wichtig. Vorallem in extremer Höhe.

Durch den Sauerstoffmangel kann der Körper nicht mehr die volle Heizleistung erbringen und schaltet in Überlebensmodus. Dabei konzentriert sich der Körper vermehrt um die Lebensnotwendigen Organe. Erfrierungen an Händen und Füssen sind bei Höhenbergsteigen somit keine Seltenheit und sind äusserst Schmerzvoll. Um zu verhindern, dass es nicht so weit kommen kann, entwickelten wir einen kleinen Tempersensor. Das Ziel ist, dass dieser Sensor in die Kleidung integriert werden kann und den Bergsteiger bei akuter Gefahr vor Erfrierungen an Händen und Füssen warnt.

Unser Prototyp wird aus einem Arduino-UNO gesteuert und ist somit noch etwas gross. Eine Diode gibt einen Temperaturabhängige Spannung ans Arduino-Bord weiter.Sie kann an beliebigen Stellen Positioniert werden, wie in Schuhen oder Handschuhen. Durch die Kennwerte der Diode kann danach die Temperatur ausgerechnet werden. Über 3 Leuchtdioden wird mit dem Bergsteiger kommuniziert. Die Bedeutungen der Farben sind unten aufgelistet.Die Idee mit einer Diode einen Sensor zu bauen wurde von Arduino Project Hub aufgegriffen. Dort findet man auch das Programm für das Arduino.

Grün Gelb Rot
Alles Ok. Gefahr, Vorsicht geboten Massnahmen notwendig!

Die Stromversorgung kommt einem Power-Bank, somit sollte das Gerät den ganzen Tag halten. Die LED-Steuerung ist sehr einfach auf dem Arduino zu programmieren und wurde als Übung selbst gemacht. Auch das Schema ist sehr einfach, jede LED hat ein Vorwiderstand (≈ 200 Ohm) und diese wurden je mit dem Ground und einem Digital Output angesteuert. Die Hülle kann man sehr schnell selbst konstruieren, sie wurde mit Gummibänder zusammengehalten und auch profisorisch mit Gummibänder an den Arm gebunden.

Ausblick

Der gesamte Aufbau muss kleiner und leichter gestaltet werden, damit dieser in die Daunenjacke passt. Das Ziel ist auch, dass später kein Akku oder falls nötig nur ein kleiner gebraucht wird. Die Energie könnte villeicht aus Sonnenenergie gewonnen werden. So könnte man das Gerät verkleinern:

  • Akku verkleinern
  • eigene Steuerungseinheit kreieren
  • kleinere Hülle konstruieren

Unsere Skill Share Session

Hier finden Sie den Link zu unserer Skill Share Session über Anatomie / Muskelaufbau vom 15.02.2018 um 9 Uhr im FabLab.
DIY-MedTech Anatomie - Team Fantastic Three
Es war ein interessanter Morgen, welcher kurz einen sehr Einblick in die Anatomie des Menschen gab. Sie zeigte, dass der Mensch ein sehr komplexer Aufbau hat und man ewigs daran forschen könnte.

Diverses

Hier findet man verschiedene Themas unserer Gruppe. Wir haben alle je 3 Skill Shares besucht. Diese wurden alle professionell durchgeführt und man hat was fürs Leben gelernt. Beispiele für besuchte Skill Shares:

Reflexion zu Readings / Inputs

Im Bericht Biotechnologie für Alle wird beschrieben, dass nicht nur in professionellen Labor geforscht wird, sondern dass auch DIY-Labore (oft Garagenlabore genannt) mit Eigenbau Einrichtungen dran sind. Die nötigen Komponenten werden günstig zusammengekauft oder aus alten Geräten ausgebaut und für einen neuen Verwendungszweck gebraucht. Ein gutes Beispiel dafür sind Webcam Mikroskope, unsere Dozenten haben diese auch schon in DIY-Wochen (Workshop) hergestellt. Die Ergebnisse werden dann zu Beispiel wie auf dieser Website veröffentlicht und so kann sehr schnell Wissen erarbeitet werden. Nicht ganz ungefährlich sind solche Labore, denn es könnten absichtslos oder mit Absicht Kampfstoffe hergestellt werden. Zudem sind auch Chemieunfälle nicht auszuschliessen.

Tagesaktivitäten

Dies hier sollte eine kurze Zusammenfassung unserer Tagesaktivitäten sein. Sie ist keinesfalls komplett, dient aber als Richtwert.

Montag
Um 9 Uhr begann die Blockwoche Medizintechnik DIY. Die Ungewissheit war allen ins Gesicht geschrieben. Nach den Inputreferaten von Gaudi und dusjagr am Morgen wurde vielen die Angst genommen und Freude vermittelt. Am Nachmittag begannen wir die Gruppen zu formen und dann in der Gruppe das DIY Kit von Backyard Brains zu löten.
Dienstag
Nach dem Löten mussten wir unser Kit testen. Mit dem im Internet verfügbaren Programm funktionierte etwas nicht, also überprüften wir alle Lötstellen noch einmal. Leider ohne Erfolg, nach einem Austausch der IC's ging das System dann und wir begannen mit den Einführungsexperimenten. (Siehe oben)

Mittwoch
Der Mittwuch probierten wir diverse Dinge am Arduino aus. Wir wollten mit einer Webcam den Puls messen, dies schlug fehl aufgrund mangelder Bildqualität. Danach probierten wir noch mit einem DIY Anleitung aus dem Internet. Der Code wollte nicht funktioneren und das gelötete auch nicht, somit schlug dieses Experiment fehl.

Donnerstag
Am Morgen fand unser Skill Share statt. Er zeigte auf, wie wenig wir eigentlich über uns wissen und wie gross und komplex wir Menschen sind.
Dann haben wir weiter an unserem Puls-Mess-Versuch gemacht. Leider weiterhin ohne Erfolg. Trotz neu gelöteter Platine funktioniert das Programm und das Gerät nicht.

Freitag
Weiter geht es mit dem letzten (leider) Tag für unsere Experimente. Hoffentlich wird unser Gerät heute funktionieren. Wir haben noch ein anderes Gerät entwickelt. Ein Temperaturfühler, welcher am Arm befestigt werden kann und die Körpertempratur mittels 3 LEDs anzeigt. Dieser kann vor Erfrierungen schützen und beispielsweise Skifahrer schützen. Unser erstes Projekt ist leider gescheitert. Eine weitere Platine, die mindestens mal leuchtet wurde erstellt. Aber sie funktioniert nicht auf dem Arduino.

Samstag
Der letzte Tag, der Tag der Präsentationen ist gekommen. Wir mussten unsere Experimente vorstellen und präsentieren. Es war sehr interessant zu sehen, was die anderen Gruppen für welche Ideen hatten und was sie experimentierten. Nach einer kurzen Feedbackrunde, beendeten wir um 14 Uhr dann die Blockwoche.

Zusammenfassung und Reflexion

Wir lernten sehr viel in der Blockwoche. Es war einmal eine komplett andere Schulwoche als sonst, Kreativität und Lust formten den Tag. Neue Arbeitsweisen zeigten auf, dass Chaos manchmal durchaus seine Berechtigung hat und dass aus keinem definierten Ziel schlaue Dinge entstehen können. Teamwork war sehr wichtig und wir hatten eine super interessante Gruppe.
Skill Share Sessions halfen den Tag aufzulockern und man konnte sich in einem für sich interessanten Teil etwas zu lernen. Die Zeit verflog leider wie im Flug und kaum hatte der Tag begonnen, war er auch schon wieder durch. Bei Fragen konnte man immer die kompetenten Dozenten fragen, welche auch immer gerne halfen.
Unsere persönlichen Ziele wurden sicherlich erfüllt und übertroffen. Wir empfehlen die Blockwoche auch gerne weiter.

Links

Hochschule Luzern
Backyard Brains
FAB-Lab-Luzern
Arduino Project Hub
Thingiverse Plattform für 3D-Modelle