Team Han Solo

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Prolog

If you want a job done right, do it yourself!

Abstract

Einleitung

In der Blockwoche Medizintechnik DIY, welches im Frühlingssemester 2019 durchgeführt wurde, befassen sich die Studierenden mit dem Thema „Do it yourself!“. Die Gruppe Han Solo besteht aus vier Gruppenmitgliedern aus den Bereichen Medizintechnik, Maschinentechnik sowie Wirtschaftsingenieurwesen. Für das Modul soll bis ende Woche ein Projekt realisiert werden. Das Projekt darf von den Studierenden selbst definiert werden.Das Projekt soll basierend auf elektrophysiologischen Messmodulen (EMG, EKG, EOG, EEG) entwickelt werden. Erste Prototypen werden mit den Mitteln der Digitalen Fabrikation (3D-Drucker, Lasercutter) hergestellt und getestet. Die notwendigen grundlegenden Informationen sollen selbstständig von den Studierenden recherchiert und erarbeitet werden, damit diese ende Woche ein lauffähiges Projekt haben, damit dieses den anderen Studierenden der Blockwoche präsentiert werden kann.Das Modul verbindet Anwendungen der Medizintechnik mit Do It Yourself Ansätzen. Dadurch wird das tiefere Verständnis von Medizintechnischen Geräten durch einen direkten, interdisziplinären und möglichst selbstgesteuerten Zugang gefördert.

Teammitglieder

Curdin Casanova

Kevin Frey

Regis Andreoli

In Basel aufgewachsen absolvierte Régis seine Erstausbildung an der Wirtschaftsmittelschule Reinach (BL). Nach einem einjährigen Praktikum in der Sensorikbranche studiert er nun im 5. Semester (stand fs19) Wirtschaftsingenieurwesen (Mechanical & Computer Engineering).

Mahareesan Kunabalasingam

Mahareesan Kunabalasingam ist gelernter Elektroniker. Studiert zurzeit in der Fachhochschule in Luzern als Medizintechniker im 4.Semester.

Basics

In den folgenden Abschnitten werden Grundlagen, welche im Kurs erarbeitet wurden, dokumentiert. Ziel dieses Abschnittes ist es, dass zukünftige Teilnehmer dieses Kurses folgende Abschnitte lesen können, um schnell einen Einblick haben und eine Grundlage für die Thematik erlangen.

Löten

Löten ermöglicht das Zusammenfügen von Werkstoffen durch ein thermisches Verfahren. Im Modul wird das Weichlöten verwendet. Das dafür verwendete Material, welches die beiden Materialen verbindet ist Zinn. Zinn hat eine Schmelztemperatur von 320-335°C. Beim Löten werden zwischen THT und SMD Bauteilen unterschieden. SMD (Surface-mounted device) sind Bauteile welche an der Oberfläche von der Leiterplatte gelötet wird und THT (through-hole technology) werden durch die Leiterplatte hindurchgesteckt, damit diese dann gelötet werden kann.

Beim Löten von THT Bauteilen sollten die Polarisation der Bauteile beachtet werden. Zum Beispiel Leuchtdioden, zum Teil auch Kondensatoren (Elektrolytkondensatoren), Dioden und Mikrocontroller sind polarisiert. Bauteile wie Widerstände, Keramikkondensatoren und Spulen haben keine Polarisation.

Arduino

Arduino ist ein Physical-Computing-Plattform. In der Blockwoche werden alle Experimente mit dem Modul realisiert. Dafür stehen verschiedene Plattformen zu Verfügung. Beispielcodes und Versuchsaufbau sind im world wide web zu finden. Eine sehr nützliche Webseite ist www.arduino.cc. Arduino hat diverse Pins als Eingänge bzw. als Ausgänge. Beispielweise können Sensoren an das Board angeschlossen werden. Aus den Sensoren können Daten generiert werden, welche für weitere Befehle an die Ausgänge verwendet werden kann. So kann Beispielweise aus einem Temperatursensor die Temperatur gemessen werden. Sobald die Temperatur die vorbestimmte Temperaturschwellenwert überschritten hat, kann mit Hilfe von einer Leuchtdiode eine Warnung ausgegeben werden. Mit der Programmierumgebung von Arduino, IDE Software, können Programme geschrieben werden und diese an den Mikrocontroller geladen werden. Arduino ist preiswert und bietet für Anfänger eine einfache Programmierumgebung. Durch die vielen Beispiele im Internet bereitet das Programmieren mit dem Arduino auch viel Freude!

Arbeitsjournal

Tag 1

Am ersten Tag gab es zu Beginn von den Dozierenden Urs und Marc einen administrativen Block, indem die notwendigen Anforderungen an die Studierenden mitgeteilt wurden. Bis zum Mittag durften die Studierenden ihr Arbeitsplatz einrichten und beginnen mit dem Bestücken und Löten des Moduls "Muscle Spiker Shield".

Resultate: Nach der Anleitung von Backyard Brains konnte das Modul bestückt und in Betrieb genommen werden.

Erkenntnisse: Beim Löten ist ein Fehler passiert. Die Kontaktstellen für das Modul Arduino wurden bei der weiblichen Steckerleisten beim "Muscle Striker Shield" mit einer Seitenschneider ausversehen entfernt. Die Warnung in der Anleitung wurde zu spät bemerkt.

Tag 2

Am zweiten Tag der Blockwoche startete der Unterricht mit der Einführung in die "Skill Share Session". Dabei soll jede Gruppe eine Fähigkeit den anderen Mitstudierenden teilen. Diese Fähigkeit sollte einen Bezug auf die Blockwoche haben. Für die Skill Share Session haben die Studierende Fähigkeiten aufgeschrieben, welche sie mit den anderen teilen möchten, aber auch Fähigkeiten aufgeschrieben, welche sie von den anderen Studieren erlernen konnten. Am Nachmittag wurden dann zwölf Skill Share Session bestummen. Darunter "Fisch entnehmen, Baisic Begriffe in Rätoromanisch, Löten etc."

Im weiteren Verlauf des Tages arbeitete die Gruppe Han Solo an individuelle Aufgaben. Zum einen wurden mit Hilfe eines 3D-Druckers einige Formen gedruckt. Ein weiterer Mitglied beschäftigte sich mit dem Lasercutter und eine Aufgabe bestand verschiedene Experimente mit dem "Muscle Spiker Shield" durchzuführen.

Lasercut yoda.jpeg

Um sich die Fähigkeit des Lasercutten anzueignen wird eine Gravur des legendären Yoda aus der Star Wars tripple Trilogie erstellt und diese in ovaler Form Ausgeschnitten.
Als bearbeitungsprogramm dient RDWorksV8, bei dem der Oval erstellt wurde. Die Yoda Grafik ist eine Vectorgrafik aus dem Internet. Diese kann Problemlos in RDWorksV8 integirert und skaliert werden.
Das Material ist 3mm MDF (Mitteldichte Holzfaserplatte).


Resultate: Mit dem "Muscle Spiker Shield" konnten die Intensität der Aktionspotenzials, welches am Unterarm abgefangen wurde, mit Hilfe der Leuchtdioden angezeigt werden. Desweiteren konnte im Anschluss ein Lautsprecher an die blaue Buchse vom "Muscle Spiker Shield" angeschlossen werden um das Aktionspotenzial auch akustisch zu hören. Ein weiterer Versuch bestand darin die mit der Intensität einen Servo-Motor anzusteuern. Die gelang bedauerliche Weise nicht. Trotz verschiedenen Lösungsansätzen gelang der erwünschte Effekt nicht. Die Gruppe versuchte mit dem Arduino einen Temperatursensor auszulesen. Die Idee war ein System zu entwickeln, dass den Träger des Systems bei steigender Temperatur oder bei einer erhöhten Körperaktivität kühle Windstösse abgibt. Die Windstösse sollen mit einem Ventilator ermöglicht werden.

Erkenntnisse:

Tag 3

Am dritten Tag der Blockwoche gab es die vorbereiteten Skill Share Sessions von den Studierenden und den Dozierenden. Die Gruppe hat unter anderem an der Skill Share Session "Fische entnehmen" und "Arduino" teilgenommen. Die gewonnen neuen Erkenntnisse und Ablauf des Skill Share Session sind im Kapitel Skill Share Session festgehalten. Weiter wurden an den jeweiligen Projekten weitergearbeitet. Es wurden weitere 3D-Objekte auf dem 3D-Druker gedruckt. Die Wiki-Seite wurde aktualisiert und weiter wurden verschiedene Experimente durchgeführt. Kurz vor Mittag besprachen die Teilnehmer der Blockwoche mit den Dozierenden ihre Eindrücke von der Blockwoche. Antriebe, Ziele, Probleme wurden miteinander besprochen. Am Nachmittag widmeten sich die Gruppe wieder ihren Projekten. Zum Schluss gab es noch eine Skype-Gespräch mit dem Gründer von Backyard Brains.

Resultat:

Erkenntnisse:

Tag 4

Tag 5

Tag 6

Experimente

Muscle Spiker Shield DIY

Jede Gruppe erhielt von den Dozierenden ein "Muscle Spiker Shield". Dieses Modul sollte als Gruppe zusammengebaut werden. Die Aufgabe bestand darin das Gerät zu bestücken und zu löten. Mit dem "Muscle Spiker Shield" konnten dann verschiedene Experimente durchgeführt werden. Eines dieser Experimente war die Messung und Darstellung der Intensität der Muskelstärke, welche mit Hilfe der Leuchtdioden Angezeigt werden. Die Intensität konnte dann Arduino-Programm als Kurve dargestellt werden. Auf der x-Achse wird die Zeit dargestellt und auf der y-Achse wird die Stärke angezeigt. Das Maximum der Intensität kann im Programm abgeändert werden. In unserem Beispiel ist das Maximum 120. (#define MAX 120)

Programm:File:Intensität der Leuchtdioden.pdf Im weiteren Verlauf der Experimente wurde mit einem Lautsprecher versucht die Intensität akustisch zu hören. Dafür wurde der Lautsprecher an die blaue Buche am "Muscle Spiker Shield" angeschlossen.Ein Rauschen ist mit einem Lautsprecher gut erkennbar. (Mit dem Kopfhörer kann kein Rauschen wahrgenommen werden, da der Lautstärkenpegel zu klein ist.)

Human-Human-Interface

Das Human-Human-Interface ist eine von amerikanischen Studenten entwickeltes Modul. Es ermöglicht die Steuerung von der Hand von Versuchspersonen. Bei diesem Versuch wird das Signal von einer Person, welches vom Gehirn an dem Arm übertragen wird, abgefangen. Das abgefangene Signal wird dann an eine Person übertragen. Es ermöglich die Steuerung vom Gegenüber. Diese Steuerung wird als Zucken wahrgenommen.

Zum Versuchsaufbau: Bei der Formung einer geballten Faust spannt sich der Unterarmmuskel an. An diesem Muskel werden zwei Elektroden am Arm der steuernden Person befestigt. Diese Elektroden sollten möglichst nahe einander liegen. Eine weitere Elektrode wird auf der Handoberfläche angebracht.

Zwei weitere Elektroden werden auf dem Arm der gesteuerten Person angebracht. Die Elektroden werden dort angebracht, wo der Nerv entlangführt.

Funktion: Das Signal, welches bei der Kontraktion der Unterarmmuskulatur entsteht, wird abgefangen und über den Mikrocontroller weitergeleitet. Die Stärke des Signals wird auf der LED- Anzeige auf dem Print dargestellt. Das Signal wird direkt an die Muskeln der gesteuerten Person weitergeleitet. Da die Signalübertragung vom Hirn über die Nervenbahnen zum Muskel umgangen wird, kann die gesteuerte Person nichts gegen die Bewegung ihres Armes tun. So kann eine Person durch Bewegen ihres Armes den Arm einer anderen Person mitbewegen. Diese Bewegung wird von den beteiligten als «zucken» wahrgenommen.

Temperatursensor

Ein weiterer Versuch war es mit einem Temperatursensor die Temperatur zu messen. Die Idee, welche die Gruppe verfolgte wurde im Kapitel "Arbeitsjournal: Tag 2" erläutert. Es geht um ein System, welches den Träger mit frischen Windstössen abkühlt, falls die Umgebungstemperatur steigt oder seine Körperaktivität zunimmt. Für diesen Zweck wurde im ersten Schritt versucht die Umgebungstemperatur zu ermitteln. Die ermittelten Daten konnten im Arduino-Programm als Monitor angezeigt werden. In weiteren Experimenten sollen nun die Zusammenarbeit zwischen Temperatursensor und Muskelintensität erarbeitet werden. Temperaturausgabe.PNG

Programm:File:Temperatursensor.pdf

Skill-Share Session

Rätoromanisch

Arduino

Fisch entnehmen


Zwei Teamkameraden der Gruppe Han Solo besuchen die Skill Session Fisch entnehmen. Ziel dieses Workshops ist zu lernen, wie man/frau die Organe eines Fisches entnimmt, um diesen bis zur Verzehrfähigkeit zu veredeln.

Skill session fisch.jpeg

Die Fische kommen gekühlt aus dem Coop. Es sind Goldbrassen und können samt Organen für 35 CHF/kg bestellt werden.

Skill session fisch offen.jpeg

Als erstes wird im Bereich des Afters 20mm bis 30mm länglich zum Fisch eingechnitten. Die Tiefe dieses SChnittes beträgt ca. 5mm; es muss die ganze Hautschicht durchtrennen, darf jedoch nicht die Organe anschneiden. Der Daumen wird im Schnitt hineingesteckt, um den Fisch besser halten zu können. Vom Daumen aus weg wird mit der gleichen Tiefe einmal bis zum Kopf und einmal bis zur Schwanzflosse geschnitten. Die Organe lassen sich anschliessen, je nach Feingefühl und Erfahrung, mehr oder weniger barbarisch herausschneiden, -reissen u.o. -ziehen. Zu beachten: die Gallenblase darf nicht zum auslaufen gebracht werden, da dessen Inhalt unannehmlich riecht. Sind die Organe entnommen, kann der Fisch nach belieben weiter prepariert werden. Am Schluss muss er gewaschen werden.

Skill session fisch gekocht.jpeg

Mit Kartoffeln beigelegt und mit Pfeffer, Salz und Zitrone gewürzt ergibt der Goldbrasse ein delikates Menu für die Mittagsverpflegung.

Zusammenfassend kann der Fisch entnehmen Workschop als gelungene Abwechslung am Technikum gelobt werden. Voraussetzung ist eine stabile Verfassung gegenüber Organische Texturen sowie die Bereitschaft, für die kommenden paar Stunden nach Fisch u.o. /-inereien zu duften.

...

Projekte

Reflexion

Epilog

"It takes half of your life before you discover life is a do-it-yourself project, Napoleon Hill"


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