MedTechDIY20 Team HustlerzZ

Einleitung
Das Modul MedTech-DIY vermittelt medizintechnische Anwendungen mit dem Do It Yourself Gedanken. Mit einem selbst aufgebauten Muscle SpikerShield kombiniert mit dem Arduino werden im interdisziplinären Stil verschiedene Experimente und Projekte durchgeführt. Dadurch soll vor allem die Zusammenarbeit und der Wissenaustausch zwischen den Studenten und Gruppen gefördert werden. Es wird verlangt, dass die einzelnen Gruppen selbstständig und experimentierfreudig Projekte erarbeiten. Der Spassfaktor soll dabei nicht zu kurz kommen.

Die Blockwoche findet hauptsächlich im FabLab der Hochschule Luzern statt. Der Standort bietet optimale Bedingungen für die digitale Fabrikation von Prototypen. Weitere Räume für Besprechungen, Skill Share Sessions oder als Rückzugsort stehen zur Verfügung.

Wer sind wir?
Die "HustlerzZ" wurden im Rahmen der MedTech-DIY-Blockwoche gegründet und bestehen aus folgenden Mitgliedern:
 * Thomas Binggeli: Chef-Laune und Leim
 * Robin Durrer: Chef-Brain
 * Manuel Omlin: Chef-Coder
 * Marco Schöni: Chef-Löter

Die Bandenmitglieder haben nebst der gemeinsamen Teilnahme an der MedTech-DIY-Blockwoche weitere gemeinsame Nenner, wie das Maschinentechnikstudium, Interesse am Lötverfahren, die Winnipeg Jets (Eishockey) und Spass an einfachen Life-Hacks.

Vorbereitung
Das Team hat sich intensiv mit den Pflichttexten und Videos im Vorfeld der Blockwoche auseinandergesetzt. Einige interessierten sich besonders für ein Video, welches einen simplen Aufbau zeigt mit dem eine Person die Faust einer mit ihr verkabelten Person bewegen kann. Es löste schon in der Kaffeepause des ersten Kurstages grosse Diskussionen zwischen den Mitgliedern aus, welche nebst den grossen Benefits einer solch ähnlichen Erfindung bis weit in die Datenrechte und den Angriff von Robotern auf die Menschheit reichte.

Montag
Am Montagmorgen wurden die Blockwochenteilnehmer von Marc, Urs und Christian im FabLab der Hochschule Luzern für die Blockwoche Medizintechnik DIY (Do It Yourself) empfangen. Mit einer kleinen Präsentation haben sie den Gedanken von DIY und DIWO (Do It With Other) näher gebracht. Während die Studenten ihre Arbeitsreisetaschen durchwühlen konnten, hat sich die ganze Klasse gegenseitig vorgestellt und wurde in Arbeitsgruppen unterteilt. Der erste Schritt war, einen geeigneten Arbeitsplatz bzw. ein Labor einzurichten in dem jedes Team ihre Projekte optimal durchführen konnte. Der erste Block Hack 0 hat dann sogleich gestartet. Alle sieben Gruppen erhielten ein Arduino uno mit einem Muscle SpikerShield von Backyard Brains. Nach einer Schritt-für-Schritt Anleitung wurde das SpikerShield mit Widerständen, Kondensatoren, Schalter, LED`s etc. bestückt. Verbunden mit dem Arduino und der passenden Software konnten mittels EMG-Elektroden am Arm die LED`s angesteuert werden. Am Ende des Tages erhielt die gesamte Klasse eine Einführung in das Wiki.

Dienstag
Der Morgen hat mit der Einteilung der gestartet. Jeder Teilnehmer hat auf einem Board aufgeschrieben welche Skills er vermitteln kann und welche er gerne von den anderen lernen möchte. Die Angebote und Anfragen wurden themenweise zusammengefasst und auf die Gruppen und Dozenten aufgeteilt. Am Mittwoch werden die Themen von den verschiedenen Gruppen an den interessierten Personen vorgestellt. Den restlichen Morgen und Nachmittag hatten wir für den Hack 0 und weitere Experimente zur Verfügung bekommen.

Am späteren Nachmittag hat jedes Team kurz seine bisherige Arbeiten und Probleme vorgestellt. Das gab die Möglichkeit sich auszutauschen, bekannte Probleme zu besprechen und Erfahrungen zu teilen. Anschliessend bekam wir einen in das 3D-Drucken und das Laserschneiden. Der Abend wurde mit einem Apero gestartet und einem ganz speziellen Konzert abgerundet. Der Musiker erzeugte mit über 2 Millionen alten Steinen über piezoelektrische Sensoren Musik.

Mittwoch
Um 9:00 Uhr startete die erste von vier Skill Share Sessions. Unter anderem besuchten unsere Gruppenmitglieder Einführungskurse zum Arduino, Photoshop/Gimp, einfacher akkustischer Diagnostik und der Zombie Apocalypse. Unser Team hat selber ebenfalls eine Skill Share Session geleitet. Ziel war es einen Crashkurs zum Thema Medizintechnik zu geben. Den restlichen Nachmittag konnten die Teams für den Hack 1 nutzen.

Donnerstag
Der Donnerstag startete mit einem freien Zeitfenster für weitere Experimente. Vor dem Mittag wurden nochmals alle bisherigen Experimente vorgestellt. Gewisse Projekte waren schon sehr weit vorgeschritten und zum Teil waren sogar Prototypen vorhanden. Es wurde bereits ein Dog Brettspiel, eine Lampe mit Lichtsensor, ein Fahrzeug und vieles mehr entwickelt. Zu diesem Zeitpunkt mussten sich die verschiedenen Gruppen entscheiden, ob sie ein neues Projekt in Angriff nehmen oder das bisherige Projekt ausarbeiten möchten.

Nach dem Mittag hat Christian ein Vortrag über seinen Werdegang gehalten und den DIY Ansatz in der Medizintechnik aufgezeigt. Sehr eindrücklich waren seine Geschichten von seiner Zeit im Medizin Studium als er in Afrika gearbeitet hatte. Er hat gezeigt, dass auch mit wenig Geld, Selbstorganisation und genug Willen so einiges erreicht werden kann.

Den restlichen Nachmittag konnten wir wieder an unserem Projekt arbeiten. Da wir uns mit dem bisherigen Projekt sehr schwer getan haben und noch keine Resultate zeigen konnten, haben wir uns entschieden dieses weiter zu führen. Das Hauptproblem lag noch bei der Displayanzeige. Dieses hatte keinen eigenen Mikrocontroller und muss kompliziert über das arduino gesteuert werden. Unser Projekt ist ein Eishockeyfeld bei dem zwei Figuren über einen Servomotor gesteuert werden sollen. Dazu kann der Punktestand über Knopfdruck auf einem Display angezeigt werden.

Freitag
Der Freitag war die finale Phase der bereits gestarteten Projekte und Experimente. Das Team konnte den ganzen Tag, für den Aufbau des Prototypen, nutzen. Es war eine grosse Erleichterung als das im Projekt eingebundene Display endlich fehlerfrei funktioniert hatte. Alle Einzelteile wurden entweder gedruckt oder lasergeschnitten. Am Nachmittag wurde der Prototyp aufgebaut und getestet. Die ersten Versuche waren zufriedenstellend, aber es hatte noch Verbesserungspotential.

Samstag
Zum Abschluss der Blockwoche wurden die Abschlusspräsentationen auf der kleinen Demobühne im oberen Stockwerk des FabLabs gehalten.

In den jeweils 15 minütigen Auftritten konnte jedes DIY-Team seine Erfahrungen sowie Endprodukte teilen, was sehr viel Diversität der verschiedenen Gruppen zeigte und teilweise sehr spannend war.

Zum absoluten Schluss wurde dann noch fleissig Feedback aller Teilnehmer gesammelt und teilweise detailliert Diskutiert.

Es war, trotz obligatorischer Anwesenheit an einem Samstag, ein sehr gelungener Abschluss der DIY-Blockwoche.

Input
Um unsere eingene Experimente durchzuführen, haben wir eine kleine Einführung zum Laserschweissen und 3D-Drucken erhalten. Das ermöglichte uns für die folgenden Tagen schnell und zuverlässig Prototypen aufzubauen.

Laserschneiden
Beim Laserschneiden gilt die Materialwahl zu beachten. Hauptsächlich werden MDF, Acryl-Glas (PMMA), Pappelsperrholz, Hartsperrhölter, Wellkarton, Leder, Stoffe und Gummis verwendet. Als Faustformel gilt, Kunststoffe mit "C" in der Bezeichnung wie z.B. PVC dürfen nicht verwendet werden! Chlorhaltige Materialien bilden beim Schneiden mit Wärme Salzsäure. Weiter können keine Metalle, GFK/CFK und Materialien über 15 mm Dicke geschnitten werden. Je nach Material wird das Rohmaterial in den Dicken 3 - 10 mm angeboten.

Zur Verfügung stehen drei verschiedene Schnittarten. Es wird zwischen Schneiden, also durchgehendes Trennen, Ritzen für Markierungen und Gravieren z.B. für Bilder unterschieden. Für die drei Bearbeitungsverfahren gibt es für jedes Material Richtwerte für die Geschwindigkeit und Leistung des Lasers.

Die zu bearbeitende Geometrie muss als Vektordatei vorhanden sein. Vorzugsweise soll die Datei im DXF Format vorhanden sein. Die genau Maschinennutzung, das Einrichten und das Kalibrieren kann der Anleitung entnommen werden. Für Unterstützung stehen die Assistenten im FabLab zur Verfügung.

Laserschneiden im Selbststudium

3D-Druck
Beim 3D Drucken besteht die Möglichkeit eigene CAD Modell drucken zu lassen oder direkt aus einer riesigen Bibliothek von thingiverse zu downloaden. Als Druckmaterial wird PLA verwendet und ist in verschiedenen Farben vorhanden. Die Konstruktionsrichtlinien und Einstellungsmöglichkeiten sind in der Anleitung von FabLab zu finden.

3D Drucken im Selbststudium

Experiment 1 | Hack 0
Wie bereits erwähnt, haben wir ein Arduino uno mit einem Muscle SpikerShield von Backyard Brains erhalten. Das Ziel war es, die Komponenten und die Software richtig aufzubauen und den Elektronenstrom der Armbewegung aufzunehmen.

Versuchsaufbau
Für den Versuch wurden folgende Module verwendet:


 * Arduino Uno


 * Heart and Brain Spiker Shield (Backyard Brains)


 * Elektroden

Mittels der Anleitung von Backyard Brains v2.11 konnte als erstes das Board aufgebaut werden. Neben kleineren Problemen wie abgeschnittenen Pins haben wir diese Aufgabe gut gemeistert. Nun konnte das Muscle SpikerShield auf das Arduino gesteckt werden und das nötige Programm heruntergeladen werden.

Versuchsdurchführung
Für diesen Versuch wurden insgesamt drei Elektroden an einem Gruppenmitglied angebracht. Zwei Elektroden wurden am Oberarm und eine Elektrode an der Hand befestigt. Nun war es möglich die elektrischen Siganle vom Hirn zum Arm mit den LED`s zu visualisieren. Je nach Bewegung und Kraftaufwand leuchten die LED`s von grün über gelb bis hinzu rot. Über einen Regulator kann die Intensität der LED`s eingestellt werden. Wird der Arm wieder entlastet, löschen die Lichter.

Wir waren überrascht wie gut und einfach dieses Projekt funktioniert hat. Ohne grosses Vorwissen haben wir die Elektronik aufgebaut, das Programm für das Arduino implementiert und die Elektroden angeschlossen. Es ist wichtig wo die Elektroden angeschlossen werden. Das Signal war besser wenn die Elektroden am Oberarm anstatt am Unterarm befestigt waren.

Experiment 2 | Hack 0
Da uns das erste Experiment sehr fasziniert hat, wollten wir direkt auf diesem aufbauen. Ziel war es eine Greifprothese über die Armbewegung zu steuern. Zusätzlich haben wir noch einen LED Ring angesteuert.

Versuchsaufbau
Für den Versuch wurden folgende Module verwendet:


 * Arduino Uno


 * Heart and Brain Spiker Shield (Backyard Brains)


 * Elektroden


 * Greiferprothese mit Servoantrieb


 * NeoPixel RGB LED Ring (Adafruit)

Versuchsdurchführung
Für dieses Experiment haben wir eine Greiferprothese verwendet, die wahrscheinlich innerhalb einer vergangenen MedTech Blockwoche entwickelt wurde. Die Anleitung zum diesem Projekt ist ebenfalls auf Backyard Brains zu finden. Mit dem passenden Programm für das Arduino war das Experiment kein Problem mehr. Mit der richtigen Einstellung der Sensivität, war es sogar möglich halbvolle PET-Flaschen gefühlsvoll anzuheben.

Mit dem neuen Programm war es auch kein Problem den LED Ring anzusteuern.





Experiment 3 | Hack 1 und Hack 2
Aus mehreren Ideen haben wir uns entschieden ein Spiel zu entwickeln. Genauer gesagt wollten wir ein Eishockey Spiel entwerfen. Dabei sollten zwei Figuren jeweils über einen Servomotor angesteuert werden können um auf dem Spielfeld zu versuchen ein Tor zu erzielen. Der Punktestand soll dabei auf Knopfdruck auf einem Display angezeigt werden können.

Versuchsaufbau
Für den Versuch wurden folgende Module verwendet:


 * Arduino Uno


 * Heart and Brain Spiker Shield (Backyard Brains)


 * Elektroden


 * LCD Display


 * Taster


 * Servomotor FS5103B

Versuchsdurchführung
Das Spielfeld wurde zweiteilig im CAD konstruiert und anschliessen mit der Laserschneidanlage hergestellt. Zum einen wurde eine Grundplatte benötigt um die beiden Spieler mit dem Antrieb zu befestigen und die ganze Elektronik zu versorgen. Der Spielbrettrand wurde aus einem langen Band gebogen und auf die Grundplatte gesteckt. Hier war die Schwierigkeit das richtige Muster schneiden zu lassen, damit beim Biegen die Platte nicht bricht aber trotzdem genug flexibel ist. Die beiden Goals und Schläger haben wir aus thingiverse heruntergeladen und 3D gedruckt. Die Tore konnten nicht wie angedacht geklippt werden sondern mussten zusammen geklebt werden.

Die beiden Spieler werden wie erwähnt über einen Servomotor bewegt. So kann der Ball ins gegnerische Tor geschossen werden. Der Servomotor wird wie bei den vorherigen Experimenten über die Armbewegung, also die Muskelkraft, angesteuert. Beim Display das auf Knopfdruck den Punktestand zeigen soll, hatten wir bei der Programmierung Probleme. Wir hatten Mühe das Programm für die Taster richtig zu schreiben, da nur noch ein Display ohne integrierten Mikrocontroller vorhanden war. Dadurch entstand auch ein ziemlich grosser Kabelsalat wie auf dem Bild zu sehen ist. Das Display richtig zu verkabeln und die Widerstände und Taster auf der Steckerleitste korrekt anzuordnen hatte sehr viel Zeit in Anspruch genommen. Mit der Delay Funktion wird verhindert, dass bei zu langem Drücken des Tasters der Punktestand um zwei oder mehr Punkte steigt. Ein Spiel ist gewonnen wenn ein Spieler 10 Tore erzielt. Über das Display wird der Gewinner angezeigt und der Spielstand wird automatisch auf 0:0 zurückgesetzt.

Prototyp
Nachdem alle Einzelteile hergestellt waren, haben wir mit dem Aufbau des Prototypen gestartet. Das zweiteilige Spielfeld war schnell aufgebaut und hat einen starken optischen Eindruck gemacht. Mit zwei zusätzlichen Seitenwänden wurde das Spiel dynamischer, da sonst der Ball in einem Bereich landen kann, der mit dem Schläger nicht erreicht werden kann.

Im Endeffekt bleiben zwar noch einige Lücken in der Dynamik des Spiels. Toll ist aber, dass es für den Aufbau alle Arten von Skills benötigt, wie das Programmieren des Spielstands inklusive Gewinnermeldung bei einem entsprechenden Punktestand, das lasergeschnittene Spielfeld oder die 3D-gedruckten Tore sowie Hockey-Spieler/Schläger.



Potenzial
Das Spiel war aller Anfang nur zur Unterhaltung gedacht. Schnell aber erkannten wir, dass es doch auch weiteres Potenzial in der Reha von Patienten mit Neurokrankheiten wie Polyneuropathien oder Patienten nach Schlaganfällen. So kann auf eine spielerische Art jeder mögliche Muskel relativ einfach mit drei Elektroden an das Spiel gekoppelt werden und los gehts.

Zur Verbesserung des Spielspasses wurden zudem weitere potenzielle Nebenprojekte gestartet, wie das Aufnehmen von eigener Keyboardmusik für fortgeschrittene Musiker oder eine allgemeine Optimierung des Spielfelds. Für mehr Dynamik im Spiel wurde mit Porpellern experimentiert. Leider aber müsste man diese viel gezielter und gleichmässiger verteilen und sehr kleine Rotationen der Minipropeller vorweisen.

Den Spielstand könnte man optional auch direkt via Lichtschranke steuern lassen und akkustisch wiedergeben. Auch wäre man Interessiert ein grösseres Spielbrett mit zweier Teams zu entwickeln.

Skill Share Sessions
Ziel der Skill Share Sessions ist es, Wissen mit anderen Personen zu teilen. Jede Gruppe hat dabei seine eigenen Skills, bereits vorhanden oder angeeignet, den anderen Gruppen vorgestellt. Unsere Gruppe hat einen Crashkurs zum Thema Medizintechnik gegeben:

teilgenommenen Skill Share Sessions
Jedes einzelne Teammitglied hat während dem Morgen auch andere Skill Share Sessions besucht. Diese waren zum Teil sehr interessant und spannend. Folgende Sessions haben wir besucht:

Schoggi Share
Inspiriert von der Skill Share Sessions Mentalität haben wir Schokolade gekauft und für alle im FabLab bereit gestellt. Im Verlauf der Woche haben sowohl Studenten als auch Dozenten immer wieder gerne bei uns genascht. Im Angebot hatten wir eine 50er Packung Branchli und eine Packung Kinder Schoko Bons.

Reflexion
Die Blockwoche MedTech-DIY hat uns sehr gut gefallen. Zu Anfang hatten wir ein bisschen Mühe mit dem DIY Gedanken. Selbstständiges Arbeiten sind wir uns gewohnt, nicht aber dass keine klare Aufgabenstellung gegeben ist. Wir haben etwas Zeit gebraucht bis wir einfach drauf los experimentiert haben. Es ist erstaunlich wie ohne spezifisches Wissen so schnell ein Experiment ensteht und ein Prototyp hergestellt werden kann. Ein Problem war, dass wir zu wenig Skills in der Elektrotechnik und dem Programmieren vom Arduino hatten. Bei der Spannungsversorung und dem verkabeln sind wir schon bald an unsere Grenzen gestossen. Falls ein Arduino Programm nicht direkt von der Bibliothek bezogen werden konnte, haben wir sehr viel Zeit gebraucht bis es einwandfrei funktionierte. In solche Situationen haben wir die Hilfe anderer Studenten in Anspruch genommen, die ihre Skills mit uns geteilt haben. Natürlich hatten diese aber auch nicht immer Zeit.

Überrascht haben uns die Möglichkeiten im FabLab. Zu Beginn des Studiums hatten wir eine kleine Einführung, aber erst jetzt haben wir Vorzüge vom 3D-Drucken und vor allem vom Laserschneiden entdeckt. Es war faszinierend wie schöne Bauteile mit dem Ausschneiden und Gravieren hergestellt werden können. Hätten wir das schon früher gewusst, wären wir bestimmt für frühere Module wie PREN hier vorbei gekommen.

Die Blockwoche hat sich definitiv gelohnt. Nur schon die Abwechslung der Struktur zum restlichen Studium ist erholsam. Wir danken herzlich für die Organisation dieser Blockwoche und die gute Unterhaltung.

Can`t Knock The Hustle
Keep it real!

Category:MedTech-DIY