Team Enterprise

let go back to Medizintechnik DIY

Abstract
Die Gruppe E wie Enterprise stellte Experimente auf; einige mit dem Muscle SpikerShield, dem Arduino und auch ein Destilationsversuch bezüglich des Skillshares. Es wurden diverse Erfahrungen gesammelt beim Rumtüfteln. Zudem wurden die Themen Löten, 3D-Drucken und das Lasern den Gruppenmitglieder näher gebracht. Als eigentliche Schlussarbeit präsentierte die Gruppe den "Muscle Wheel Chair", ein verkleinerets Modell wie Rollstuhlgänger zukünftig in einer Stadt einer Führung entlang bewegen können. Der Aufbau ist gut und vielfälltig gelungen. Für zukünftige Projekte lässt sich dies aber noch erweitern. Zum Beispiel könnte anstatt der Schnur ein Magnetband den Rollstuhl vorwärts bewegen.

Team
Das Team Enterprise stezt sich aus drei Studierenden der Hochschule Luzern Technik & Architektur zusammen.

Mitglieder:

Kurzbeschrieb MedTech DIY
DIY ist die Abkürzung von Do it yourself und bedeutet übersetzt 'Mach es selbst'. Tätigkeiten werden dabei ohne grosse Hilfe selbstständig ausgearbeitet und durchgeführt. Ziel ist es nicht einen Kmplett neuen Prototypen zu erfinden, sondern altes nachzubauen 'Skills' zu erlernen und diese Weiter zu verfolgen.

Die Blockwoche der Hochschule Luzern Technik & Architektur, ist im Grunde ein interdisziplinärer Kurs für Studierende aus verschiedenen Studienrichtungen. Dabei wird die Anwendungen der Medizintechnik mit dem Do It Yourself Ansätzen verbunden, welches tieferes Verständniss von medizintechnischen Geräten fördert.

Location FabLab
Fablab ist eine Abkürzung für Fabrication Laboratory und ist eine offene Werkstatt. Ziel eines FabLab ist, Privatpersonen den Zugang zu Produktionsmitteln und zu modernen industriellen Produktionsverfahren für Einzelstücke zu ermöglichen. Es ist eine Art Prototyping Werkstatt, welche in verschiedenen Ländern der Welt vertreten sind. Das FabLab Luzern war das erste der Schweiz, inzwischen gibt es auch welche in Zürich, Bern, Basel usw. Typische Geräte in einem FabLab sind 3D-Drucker, Laser-Cutter und CNC-Maschienen.

Löt(l)en
Löten ist ein thermisches Verfahren zum stoffschlüssigen Fügen und Beschichten von Werkstoffen. Als Material zum Erzeugen einer Lötverbindung werden Lote verwendet. Die Arbeitstemperatur liegt unter der Schmelztemperatur der Grundwerkstoffe.

Materialien: Als Verbindungsmaterial dient meist eine leicht schmelzbare Metalllegierung. Ein häufig verwendetes Material ist Lötzinn, der ein Schmelzpunkt von unter 330°C hat. Beim Erwärmen gehen die Lote von einem festen in einen breiigen und schliesslich in den flüssigen Zustand über.

Skill Share
Skillshare ist eine Online-Lerngemeinschaft für Menschen, die aus Lehrvideos oder die einfach von anderen Personen lernen möchten. Die Mehrheit der Kurse konzentriert sich auf Interaktion und nicht auf Vorlesungen, mit dem primären Ziel, durch den Abschluss eines Projekts zu lernen.

https://en.wikipedia.org/wiki/Skillshare

Logbuch
Während der Woche werden sich die Teams A bis H mit verschiedenen Themen und Experimenten auseinandersetzen. Für den kompletten Wochenablauf siehe Wochenplan.

11.02.2019 - Experiment 1 - SpikerShield
Nach dem Download des Arduinoprogrammes auf dem PC, wurden einige Tests mit dem Arduino Uno wurden unternommen. Dazu wurde ein Vorgegebenes Programm der Arduino SW verwendet, um die Datenübertragung zu testen. Die Datenübertragung von den Notebooks erfolgte vorwiegend erfolgreich. Wichtig ist dabei die korrekte Auswahl des Portes, an dem das Arduino angeschlossen wird und die korrekte Auswahl des Boards. Diese kann man im Arduino Programm unter Werkzeuge/Tools einstellen. Nebenbei wurde das Muscle SpikerShield zusammengelötet, dabei konnte festgestellt werden, dass nicht alle Teile vorhanden waren. Nach den ersten Tests des selbst zugammengelöteten SpikerShields wurde bemerkt, dass gewisse LEDs verkehrt angelötet wurden. Der Gruppe Enterprise war nicht bewusst das die LEDs nur in eine Richtung Strom durchlassen. Das Programm welches für die Darstellung der Muskelaktivitäten verwendet wurde, ist ein OpenSource Programm von der Website Backyardbrains. Durch das Programm Muscle SpikerShield, wird die Aktivitäten der Muskeln dargestellt. Dabei wird einem Gruppenmitglied zwei Elektroden auf den Unterarm und eine als Referenz auf den Handrücken geklept. Durch die Anspannung des Armes oder die Bewegung der Hand konnten die Muskelaktivitäten Akkustisch sowie mittels der LEDs dargestellt werden.

12.02.2019 - Experiment 2 - SpikeRecorder
Damit die Muskel Aktivitäten auch auf dem Bildschirm mitverfolgt werden können musste das richtige Programm Installiert werden. Herunterladen kann man es auf folgender Seite: Backyardbrains.com Wichtig dabei ist, dass man das richtige Aux-Kabel verwendet. In die Spike Box muss ein dreipoliger 3.5mm Klinkenstecker (siehe unten) in den Computer muss jedoch ein vierpoliger Klinkenstecker. Im Kurs ist ein solches Kabel in der "Pro" Box zu finden. Dies dient dazu, dass das Signal am Computer als Mikrophon-Signal erkannt wird. Wird das richtige Eingang am Computer angewählt, erscheint so das gewünschte Signal.

12.02.2019 - Weitere Ansätze für Experimente
Es gab diverse Ansätze für weitere Experimente. Eine Idee zum Beispiel war mit Muskelspannung einen Motor anzutreiben, was grundsätzlich gelungen war, auch wenn die effektive Drehzahl des DC-Motor sehr gering war. Auf der Website von Backyardbrains wurde eine Anleitung für den Antrieb eines Schrittmotors gefunden, leider war im Fablab kein entsprechender vorfindbar.

Des Weiteren entstand die Idee mittels Muskelanregung eine Pumpe anzutreiben, entweder eine Wasserpumpe oder sogar eine Bluttpumpe.

Ein zusätzlicher Ansatz wäre, eine mechanischen Greifer mitels der Muskelanregung zu betätigen. Beispielsweise mit dem Unterarm das eigentliche Greifen und mit dem Oberarm eine lineare Bewegung auf einer Achse.

13.02.2019 - Experiment 3 - Destiallation von Aceton
Um beim Skill share nicht nur einen Vortrag zu halten, wurde eine Möglichkeit gesucht eine Destillation vor ort zu machen. Diese Möglichkeit bietet uns das Medtech-Labor. Mit Beihilfe eines Laborassistenten konnte ein guter Teststand aufgebaut werden. Da dies jedoch nicht ganz dem Credo DIY entspricht wurde noch eine andere Idee gesucht, um zu destillieren. Das Prinzip der Destillation ist das trennen zweier Fluiden mittels dem unterschiedlichen Siedepunkt. Im DIY-Styl sieht eine Destillation etwa wie auf der Skizze unten aus.

14.02.2019 DIY-Destillation
Durch Anpassung der ersten Idee einer DIY-Destillations Apparat wurde ein Gemisch aus Aceton und Wasser destilliert. Dabei Verwendet man Materialien wie Gläser, Heizplatte und Alufolie. Es müssen zwei verschieden grosse Gläser verwendet werden. Am besten verwendet man ein kleines Schnapsglas mit Stiel (siehe Bild) und ein breites Glas. Das kleine Schnapsglas stellt man dabei in das grössere Glas und füllt in das grössere Glas die zu destillierende Substanz. Das grosse Glas wird anschliessend mit einer Alufolie bedeckt (möglichst dicht), dabei muss eine Einbuchtung geschaffen werden welche mit Wasser gefüllt wird. Wichtig ist, dass alle Gläser Hitzebeständig sind. Diese Apperatur wird danach auf die Heizplatte gestellt, dabei bleibt die Apperatur immer unter Kontrolle.

14.02.2019 - Motor anschliessen
Um einen Motor an zu hängen, braucht es einen separaten Stromkreis. Das Arduino kann die gebrauchte Leistung nicht bringen. Um ein Motor fix ein oder aus zu schalten ist ein Relais sehr praktisch. Dazu Braucht man lediglich ein Relais und drei Verbindungskabel. Zwei der drei Kabel sind für die Stromversrgung des Relais zuständig, eines braucht man zur Signalübertragung. Am Relais hat man drei Anschlüsse. Deshalb kann man das Relais für zwei zwecke verwenden. Entweder ist das Relais ohne Strom geschlossen, oder verbunden. Hilfreich, um zu erkennen welche Verbindung man auf welchem Eingang hat, ist dabei die Zeichnung auf der Rückseite des Relais.

15.02.2019 - Behebung der Störungen
Heute sollte unser Rollstuhl fertig gemacht werden. Als wir am Morgen das Musclespikeshield wieder anhängten, funktionierte dieser zunächst nicht. Auch nach Austauschen aller Komponenten resultierte nicht der geünschte Output. Konkret erhielten wir zwar einen Output, jedoch nicht in der gewünschten Form (siehe Bild). Es stellte sich heraus, dass wir das rohe Signal hatten und nicht wie gewünscht das gefilterte Signal. Dies kann per schalter auf dem Spikeshield geändert werden. Die nächste Herausforderung war das Relais. Der Spike Shield funktionierte, doch das Relais schaltete nicht wie gewünscht. Zuerst testeten wir, ob das Relais selbst noch funktioniert. Dies wurde geprüft, in dem wir den Signalkontakt einmal mit Ground und einmal mit 5v verbunden haben. Nach dem wir sichergestellt haben, dass das Relais eigentlich funktioniert, versuchten wir andere Outputpins zu verwenden. Dort konnten wir den Fehler erkennen. Aus unbekannten gründen schalteten die Ports 8 bis 13 nicht. dies verwirrte zunächst, da wir beim Port 10 zunächst nur um eins versetzt getestet haben, aber keinen anderen Output bekommen haben. Als wir dann Port 7 ausprobierten funktionierte alles wunschgemäss.

15.02.2019 - Finaler Prototyp
Der Finale Prototyp besteht aus dem Arduino mit dem Musclespikeshield, welches mittels Anspannung des Armes einen Motor ansteutert. Dabei wird der Motor eingeschaltet falls die Arme angespannt werden und abgeschaltet sobald der Arm wieder locker ist. An diesen Motor wurde eine 3D gedruckte Spule, umwickelt mit Angelschnur, befestigt. Dadurch, dass das Ende der Angelschnur am Rollstul befestigt ist, wird dieser durch die Muskelaktivitäten nach vorne gezogen. Für eine stabilere Fahrt und eine bessere Optik wurde mittels Laser-Cutter eine Führung inkl. Box für das Arduino gelasert. Um den Schwerpunkt des Rollstuhls zu verlagern, sitzt auf dem Rollstul ein "Mensch" welcher aus Draht, Schrauben und Watte besteht.

Bei der Präsentation des Protoypen wurden andere Elektroden verwendet, als die ganze Woche davor. Dabei konnte bei der Person welche diese am Arm befestigt hat, schon nach kurzer Zeit eine Allergische Reaktion festgestellt werden. Bevor Elektroden ins Gesicht geklebt werden oder länger auf der Haut verweilen, ist es wichtig das diese Elektroden zuerst an einem Arm getestet werden.

Ideen für eine allfällige Weiterführung dieses Prototypes wären: Es könnte zum Beispiel auf beiden Seiten ein Motor vorgesehen werden damit der Rollstuhl in beide Richtungen manipulieren könnte. Weiters können Sensoren vorgesehen werden, damit die Kollision zwischen Rollstuhl und Motor resp. der Winde verhindert werden kann.

3D-Druck
Der 3D Drucker ist eine additive Fertigungstechnik, bei der das Material Schicht für Schicht aufgetragen wird und so dreidimensionale Gegenstände erzeugt werden. Der schichtweise Aufbau erfolgt mittels einer Düse welche ein oder mehrere flüssig oder feste Werkstoffe nach vorgegebenen Massen und Formen druckt. Dabei wird der Werkstoff, meist Kunststoffe (PLA), auf 220°C erwärmt und wird so formbar. Dieser geschmolzene Kunststoff wird Schicht für Schicht auf eine Plattform aufgetragen. Durch das Abkühlen auf Raumtemperatur werden die Werkstoffe wieder hart.

Dieses Verfahren wird Schmelzschicht-Druck genannt und lässt sich technisch einfach beherrschen.

Verwendet wird dieses Verfahren for allem bei der Rapid-Prototyping. Virtuelle CAD-Daten werden schnell und ohne hohe Werkzeugkosten in ein phsyisches Werkstück umgesetzt. Das Werkstück wird dabei in einem CAD-Programm gezeichnet oder von einer OpenSource Web-Site heruntergeladen. Verwendet wird bei einem 3D-Drucker das Format STL, damit die Werkstücke für den 3D-Drucker konvertierbar sind. Wichtig ist die Gestaltung des Werkstücks, dieses sollte gewisse Randbedingungen erfüllen. Für ein optimales Ergebnis sollte das Modell keine Überhänge oder grössere Steigung als 45° besitzen. Ebenfalls wird leidet die Detailierung je nach Düsengrösse, welche ebenfalls abhängig von der Qualität des Druckers ist. 3D-Drucker brauchen genügend Zeit um den Druck durchzuführen, die Zeit ist abhängig von der Düsengrösse der Druckgeschwindigkeit und der Genauigkeit des Druckens. Auch Werkstücke mit einer inneren Struktur beeinflussen die Druckzeit.

Ultimaker FABLAB
Der Ultimaker hat eine Grundplatte von 20x20cm^2 und verwendet eine Düse mit einem Durchmesser von 0.4mm, welche eine Schichtstärke von 0.1 bis 0.25mm bei einer Detailauflösung von ca.0.5mm ermöglicht.

Material
Häufig verwendetes Material für den 3D-Druck ist PLA (Polylactide). PLA ist ein synthetisches Polymer, welches zu den Polyestern zählt und die Eigenschaft beisitzt biokompatibel zu sein. Zu den weiteren positiven Eigenschaften zählen unter anderem die mechanische Härte und die Belastbarkeit. Jedoch ist PLA etwas Spröde und wird bereits bei Temperaturen um ca. 50°C weich. Somit eignet sich PLA nicht für jede Anwendung.

Laser-Cutter
Der Laser Cutter ist eine Maschine für die Produktion im 2D Raum. Die Laser Cutter im Fablab werden mit Infrarot Laser betrieben. Infrarotlaser sind gut, um auch durchsichtige Materialien wie Plexiglas zu schneiden, da Infrarot nicht wie die sichtbaren Wellenlängen (RGB) durch Plexiglas hindurch können. Zu beachten ist jedoch, dass das Material welches man schneiden will, kein Chlor enthält. Daraus würde beim Schneiden giftige Dämpfe entstehen.

Grundsätzlich stehen einem zwei verschiedene Arten der Benutzung zur Verfügung. Das bereits zuvor erwähnte Schneiden und eingravieren. In der Auswahl der Formen ist man sehr Frei. Ein populäres Programm dazu ist das Indesign von Adobe. Die Maschine akzeptiert aber auch .DXF welches man von NX exportieren kann. Hat man nicht so viel zeit, oder ist nicht so kreativ, so kann man auch im Internet auf diversen opensource Websites vorlagen herunterladen und fertigen.

Arduino Uno
Das Arduino ist ein simpler Microchip, welcher auf dem OpenSource basiert. Das Arduino arbeitet mit einer einfachen Programmiersprache. Das Fablab bietet im Einsteigerkurse einige grundlegende Aufbauten an. Ein Arduino ist so zu sagen die Antwort auf die Relaisschaltungen der alten zeit. Mittels eines Arduino können alle Schaltungen Digital Programmiert werden. Dies eröffnet einem eine viel höhere Flexibilität bei späteren Veränderungen der Schaltung. Im vergleich zu einem [|Raspberry Pi] hat es jedoch weniger Rechenleistung. Ein erheblicher vorteil des Arduinos gegenüber dem Raspberri Pi ist die Robustheit und die Fähigkeit mit wenig Strom lange zu laufen.

Für Einsteiger lässt sich sicher eher das "originale" Arduino (~25Sfr.) empfehlen, da diese am einfachsten zu Bedienen sind. Für fortgeschrittenere User können auch Aliexpress-Fabrikate (~2$) empfohlen werden. Der Grund dafür liegt im Detail. Die Arduino Uno Modelle, welche man in Europa kaufen kann, sind gut vorbereitet und benötigen nach dem Kauf nicht zusätzliche Setup's.

Rätoromanisch Grundkurs
Rätromanisch ist die vierte Landessprache der Schweiz und wird vor allem im Kanton Graubünden gesprochen. Es handelt sich dabei um eine Sprache welche vom Aussterben bedroht ist. Die Schweiz sowie der Kanton Graubünden setzt alles daran die Sprache zu erhalten. Das Schwierige dabei ist, dass es 5 verschiedene Dialekte von Rätromanisch im Kanton Graubünden gibt und sich alle sehr unterscheiden.

Wörter welche wir 'gelernt' haben sind:

Drohnen Fliegen
Es gibt viele verschieden Arten der Drhone. Die Definition einer Drohne ist ein Vehikel, welches kein Lebewesen an Bord hat das es steuert. Umgangssprachlich verstehen wir jedoch unter Drohne den Quadrocopter. Ein Quadrocopter besitzt vier Propeller. Die Anzahl Propeller kann von einem (helikopter) bis zu acht (Octocopter) variieren. Die Drohne gewann in letzter zeit immer mehr an Bedeutung. Dies liegt an der vielfältigen Nützlichkeit. In der Forschung zum Beispiel kann man diese gut gebrauchen um ein Überblick über den Wald und dessen Gesundheit nutzen. Auch als Feuerwerksersatz können künstlerisch neue Wege begangen werden wie Intel letztes Jahr bewies. Durch die Weiterentwicklungen wurde der Quadrocopter auch für die Massen zahlbar.

Dank Massenproduktion ist es heutzutage nicht mehr schwierig einen Quadcopter zu bauen. Was man dazu braucht, sind folgende Teile:

-Flugcontroler Der Flugkontroler ist so zu sagen das Herz der Drohne. An ihm werden alle elektronischen Bauteile angehängt und angesteuert. -ESC Der Elctronic-speed-controler (kurz ESC) wird zwischen dem Flugcontroler und den Motoren angehängt. Er besitzt eine Verbindung zur Batterie und eine Zum Flugcontroler. Per PWM regelt er die Drehzahl der verschiedenen Motoren. -Akkumulator Der Akkumulator für Drohnen ist meistens ein Lithium-Polymer (Kurz LiPo). Diese Art Akkus muss man sehr sorgfältig behandeln. Da sie eine sehr hohe Energiedichte haben,können sie ein sehr gefährlichen Brand auslösen (zum Beispiel bei Überladung des Akkus). Solange man ein LiPo Aufladegerät hat, sollte man auf der sicheren Seite sein. Wenn man auf Nummer sicher gehen will, bewahrt man die Akkus in einem LiPobag auf, der aus Glasfasern gewoben ist. Wenn es dann tatsächlich brennen sollte darf man auf keinen Fall mit Wasser löschen, da dies einen Elektroschlag auslöst. -Fernsteuerung In jedem Modellshop findet man geeignete Fernsteuerungen. Sie bestehen aus Steuergerät und einem Empfänger. -Propeller Je nach Anwendungszweck nimmt man einen Propeller mit viel oder wenig Steigung. Bei grosser Steigung ergibt sich ein schneller, eher unruhigeren Flug. Diese Propeller kommen vor allem im Drohnen Racing vor. Will man jedoch schöne Aufnahmen mit der Drohne machen, ist eine kleinere Steigung zu empfehlen. Mann kommt nicht so schnell vorwärts, dafür hat man ein ruhigeres Bild.

Rechtliches
Da Drohnen sehr verbreitet sind und auch einfach zu kaufen, braucht es ein paar Gesetze, die man unbedingt einhalten sollte

Alle Drohnenbesitzer, die eine Drohne steuern welche mehr als 500g wiegen, müssen eine Versicherung über 1Mio. Franken haben. Alle Drohnenbesitzer mit einer Drohne die schwerer ist als 30Kg müssen eine Bewilligung beim Bundesamt für Zivilluftfahrt (kurz BaZl) einholen, um diese fliegen zu lassen.

Man darf nicht über oder näher als 100m an eine Menschenansammlung (mehr als 15 Personen) Fliegen.

Es existiert ein Flugverbot 5km um alle Helikopterlandeplätze und Flughäfen

Der Pilot muss immer Sichtkontakt haben zur Drohne. Das heisst, wenn man mit einer Videobrille arbeitet, muss eine zweite Person ohne Brille die Drohne fliegen.

Ski-Wachsen
Uns wurde beigebracht, wie man seine eigene Skies oder Snowboards selber in stand setzt. Was sich so komplex anhört, ist im Grunde genommen gar nicht so schwierig. Als erstes braucht man genügend platz, um frei um das Board herum laufen zu können. Der erste schritt der Pflege ist jeglichen schmutz zu entfernen. Bei Kratzern bleiben gerne Überreste der Steine hängen. Diesen bringt man gut mit Belagreiniger für das Board, oder einfachem Putzmittel aus dem Haushalt weg. Für resistenteren Schmutz kann man auch noch eine bronzen Bürste verwenden. Danach werden mit einem härteren Wachs alle grossen Kratzer überdeckt. Diesen Wachs erhält man in Kleinen Stangen, die man an einem Ende anzündet. Beim brennen tropft dann der Wachs auf das Board.

Damit man wieder eine ebene Fläche erhält, muss man mit einem Schaber das zuviel aufgetragene Material abschaben. Um das beste Resultat zu kriegen kann danach noch mit feinem Schleifpapier nachgeschliffen werden.

Als nächstes bearbeitet man die Kanten. Zuerst muss man mit einem Abziehstein die feinen Kratzer auf der Kante entfernen. Da der Winkel der Kanten zwischen 87 und 90 Grad variieren kann (je nach belieben), braucht man einen speziellen Schleifer um die Kanten nach zu schleifen. Dieser muss in Pfeilrichtung über die ganze Kante kante gezogen werden.

Zum Schluss trägt man den Gleitwachs auf. Dieser wird flüssig über das ganze Board verteilt und mit dem Bügeleisen (ohne Dampflöcher) eingearbeitet. Der flüssige Wachs wird so in die Fläche hineingezogen. Den überflüssigen Wachs zieht man am Schluss wieder mit dem Schaber ab.

Fazit/Reflexion
Im Grossen und Ganzen war die Blockwoche ein positives Erlebnis. Wir konnten viele neue Geräte ausprobieren und erlernen wie zum Beispiel der 3D Drucker und der Laser Cutter funktioniert. Auch neue Programmiersprachen wurden erlernt, mit dem Programmieren des Arduinos. Dort hatten wir die grössten Schwierigkeiten. Oftmals konnte das Programm nicht vom PC auf das Arduino übermittelt werden. Auch das Programmieren an sich stellte uns immer wieder vor Schwierigkeiten, vorallem da es mal funktionierte und am nächsten Tag nicht mehr, ohne das wir was verändert haben. Mit dem Muscle Spiker Shield lernten wir das Löten und machten Prompt kleine fehler. Jedoch lernt man aus Fehlern mehr, als wenn alles ohne Probleme verläuft.

Nebst der Umsetzung eines eigenen Projekts, mussten in dieser Blockwoche auch ein Skill Share Sessions vorbereitet und mindestenst zwei besucht werden. Diese waren sehr abwechslungsreich,spannend und lehrreich. Dieses breite Angebot haben wir sehr geschätzt. Unsere selbst durchgeführte Session zum Thema Destillieren, wurde gut besucht. Von den Teilnehmern haben wir ausschliesslich positive Feedbacks erhalten und auch die Experimente welche wir präsentierten waren erfolgreich. Da leider ein paar Sessions zeitgleich liefen, konnten einige spannende Sessions nicht besucht werden. Besser wäre es gewesen, wenn diese nicht zeitgleich gelaufen wären und wir somit mehrere besuchen können.

Obwohl die Ideenfindung stockend verlief, haben wir doch eine Idee gefunden die Umsetzbar war und die wir am Samstag mit grosser Freude präsentierten.