Team Jay

Zurück nach Medizintechnik DIY



Mitglieder Team Jay
Das Team Jay besteht aus drei Studenten der Hochschule Luzern Technik und Architektur:

Philipp Enz (Maschinentechnik)

Markus Kästli (Medizintechnik)

Sandro Kraut (Maschinentechnik)

Modulbeschrieb
Die für das Modul verantwortlichen Mentoren Gaudi und Dusjagr beschreiben auf dem Wiki das Modul folgendermassen: "Das Modul verbindet Anwendungen der Medizintechnik mit Do It Yourself (DIY) Ansätzen. Dadurch wird das tiefere Verständnis von Medizintechnischen Geräten durch einen direkten, interdisziplinären und möglichst selbstgesteuerten Zugang gefördert. Basierend auf verschiedenen elektrophysiologischen Messmodulen (EMG, EKG, EOG, EEG) entwickeln die Studierenden im Team Ideen für innovative Projekte. Erste Prototypen werden mit den Mitteln der Digitalen Fabrikation hergestellt und getestet."

Location
Das Modul findet hauptsächlich im FABLAB Luzern statt. Zusätzlich zum FABLAB stehen zwei Unterrichtsräume zur Verfügung, die als Rückzugsort als auch für die Vorlesungen benutzt werden können. Das FABLAB ist ideal um der Kreativität freien Lauf zu lassen. Es stehen Lasercutter, 3D Drucker und viele andere Werkzeuge und Maschinen zur Verfügung. Die unterschiedlichen Maschinen und Werkzeuge werden unter den Studenten gegenseitig erklärt und beigebracht. Speziell ist, dass das FABLAB während der Blockwoche für aussenstehende nicht geschlossen ist. Es muss somit mit Besuchen von nicht Kursteilnehmern gerechnet werden. Dies setzt ein Arbeiten nach dem Motto "miteinander" voraus, macht die gesamte Woche jedoch besonders spannend.

Lötlen
Zu Beginn wurde anhand des Muscle Spiker Shield das Lötlen ausprobiert. Dabei wurde die Platte mit Widerständen, Kondensatoren, LED, Stecker und IC bestückt. Als Vorlage diente eine Anleitung von Backyard Brains. Es ging hauptsächlich darum, mit dem Lötlen vertraut zu werden. Es stellte sich heraus, dass das Lötlen nicht sehr anspruchsvoll ist und schnell erlernt werden kann. Die ersten Versuche waren durchaus erfolgreich.

Muscle Spiker Shield
Am Dienstagmorgen haben wir uns zuerst mit dem Muscle Spiker Shield auseinandergesetzt. Dazu verwendeten wir das am Montag selber verlötete Shield, an welchem wir die Muskel Sensoren anschlossen und so die Signale der Muskeln erfassen konnten. Beim Bewegen der Muskeln leuchteten je nach Stärke des Signals ein oder mehrere LED’s auf dem Muscle Spiker Shield. Mit dem weissen Knopf (S1) liess sich dabei die Empfindlichkeit einstellen, wodurch die LED’s mehr oder weniger stark aufleuchteten. Auf der Website backyardbrains.com haben wir anschliessend noch diverse Versuchsbeschreibungen durchgelesen und wurden dabei auf den Muskel gesteuerten Greifarm aufmerksam. Wir könnten uns gut vorstellen selber einen solchen Greifarm aufzubauen, wenn im Rahmen dieses Moduls noch genügend Zeit dafür zur Verfügung gestellt wird.



Heart and Brain Spiker Shield
Für den nächsten Versuch haben wir dann das Heart and Brain Spiker Shield Bundle zur Hand genommen und mit diesem versucht unsere Gehirnströme zu erfassen. Mit Hilfe der Spike Recorder Software versuchten wir die Gehirnströme zu erkennen und Grafisch darzustellen. Leider ist es uns nicht gelungen ein einheitliches und gleichmässiges Signal aufzuzeichnen, da wir wahrscheinlich mehrere Störsignale bekamen. Trotzdem konnten wir manchmal den Unterschied sehen, wenn die Versuchsperson die Augen offen oder geschlossen gehalten hatte.



Experiment: Eye Potential
In diesem Experiment versuchten wir die Bewegung der Augen zu erfassen. Dazu brauchten wir das Arduino Uno Board und das Brain and Heart SpikeShield. Für den Versuch platzierten wir zwei Elektroden auf beiden Seiten der Augen und eine hinter dem Ohr. Auf dem Computer konnten wir die Signale mit der Spike Recorder Software auswerten. In der Abbildung ist das Ergebnis zu sehen. Immer wenn die Augen nach links bzw. rechts bewegt werden, gibt es im Signal einen Auschlag nach oben bzw. unten.

Bread Boarding
Am Dienstagnachmittag haben zwei unserer Gruppe beim «Bread Boarding» bei Marc teilgenommen. Wir haben es sehr geschätzt, dass Marc uns das Thema der Elektrotechnik einmal mit Einfachsten Worten und Beispielen erklärt hat. Im Laufe unseres Studiums haben wir nämlich schon viel theoretisches Wissen vermittelt bekommen, aber nie so richtig verstanden was das für die Praxis bedeutet. Mit Hilfe der Bread Boards konnten wir zudem noch einfache Schaltungen realisieren, welche LED’s, Widerstände, Kondensatoren und auch Potentiometer enthielten. Die Session war sehr lehrreich und hat unser Verständnis in diesem Themengebiet verbessert.



Kulturbeitrag Apero
Am Dienstagabend fand schliesslich noch der Kulturbeitrag Apéro statt. Dabei bot sich uns die Gelegenheit, uns in einer lockeren Atmosphäre über die bereits durchgeführten Projekte zu unterhalten und die Musikalische Vorführung des Gastkünstlers zu bestaunen. Mit einfachsten Mitteln demonstrierte uns der Künstler wie vielseitig und kreativ diverse Alltagsgegenstände klingen können. Mit Hilfe eines Wave-Schnüfflers erzeugte er zudem sehr interessante Töne, indem er diesen über ein Handy, über eine Kamera oder auch über den Laptop bewegt hat. Wir waren sehr erstaunt, dass die sonst unsichtbare und von uns nicht wahrgenommene Strahlung solche Ausmasse annehmen kann. Der Apéro war ein schöner Abschluss der ersten beiden Tage und motivierte uns zudem für den noch kommenden Teil der Woche.



Dumpster Diving
Link: []

Am Mittwochmorgen haben zwei Personen unserer Gruppe beim «Dumpster Diving» teilgenommen. Nach einer interessanten Theorieeinführung im kleinen Sitzungszimmer, konnten wir die Elektroabfälle der HSLU erforschen und dabei diverse Teile entdecken und sogar einige mit ins FabLap bringen. In der Theorieeinführung wurde uns gezeigt, dass zum Beispiel die Neugier, der Spaar Wille, die Thematik des Re- und Upcyclings und der gewisse Kick etwas zu tun das manchmal auch umstritten sein kann Gründe dafür sind, Dumster Diving zu praktizieren. Für uns sehr spannen zu sehen, waren die Beispiele welche zeigten, was mit den «Schrottteilen» anschliessend alles gemacht werden kann.

Projekt JAY
Im späteren Verlauf des Mittwochs haben wir uns schliesslich noch zusammengesetzt und uns Gedanken zu unserem Projekt gemacht. Die Idee mit dem Greifarm, welcher über die Muskeln gesteuert werden soll, gefiel uns immer noch und darum haben wir uns entschieden diesen auch umzusetzen. Nach dem Vorbild von Backyard Brains "Controlling the Claw" wollen wir also nun versuchen einen solchen Greifer zusammen zu bauen und ihn anschliessend mit unserem selbst zusammen gelöteten Muscle Spiker Shield per Muskelbewegungen zu öffnen und zu schliessen. Als weiteres Ziel soll der gesteuerte Greifarm schlussendlich noch auf einen medizinischen Schienen-Handschuh montiert werden, wodurch seine Anwendung komfortabler ablaufen wird. Um den Greifer möglichst schnell realisieren zu können bedienten wir uns einer fertigen STEP-Datei von der Website GRABCAD. Step-Datei unter:

Diese Datei konnten wir dann ins NX importieren und so mehrere Volumenkörper generieren. Aus den Volumenkörpern erstellten wir dann eine Gesamtzeichnung und exportierten sie anschliessend als PDF.Das PDF File wird unter den Bildern zur Verfügung gestellt. Die PDF-Datei importierten wir anschliessend in den Adobe Illustrator wo wir einige Linien noch editieren mussten bevor wir das Ganze als Illustrator-Datei auf einen USB-Stick speicherten. Mit dem USB-Stick konnten wir dann zum Lasercutter gehen, auf welchem wir die Teile für den Greifarm aus MDF ausschneiden konnten. Der dazu verwendete Laser ist ein AKJ6090 von ACCTEK vom FABLAB Luzern. Die Bedienung des Lasers[] ist simpel.



Files: File:Vorlage Greifer.pdf

Prototype 1
Am Donnerstag widmete sich unsere Gruppe voll und ganz dem Projekt JAY. Zur Umsetzung des ersten Prototypen, wurden die am Vortag gelaserten Teile zusammengebaut, wodurch der Greifmechanismus getestet und verbessert werden konnte. Es mussten einige Teile angepasst und anschliessend noch einmal mit dem Lasercutter ausgeschnitten werden. Nach den ausgeführten Änderungen konnte der Greifarm am Ende des Tages in den Schienen-Handschuh gesteckt werden und so auf dem Arm eines unserer Mitglieder angebracht werden.



Software zum Prototyp
Die Software basiert auf dem Arduino Uno, sowie dem Muscle Spiker Shield. Der Servo am Greifarm wird mit dem Pin 2 angesteuert. Die Software ist sehr einfach aufgebaut. Zuerst macht das Programm eine Messung des EMG Signals. Wenn eine bestimmte Signalstärke überschritten wird, dann öffnet bzw. schliesst sich der Arm. Wir hatten zuerst Probleme mit der Stromversorgung. Die 5V Versorgung der USB Verbindung reicht nicht aus, um den Motor anzutreiben. Von anderen Gruppen haben wir erfahren, dass eine Versorgung mit 9V Batterie gut funktioniert. Zur Sicherheit verwenden wir zwei 9V Batterien (18V gesamt). Der Code für die Ansteuerung ist unten verfügbar. File:Arduino Code Greifarm.pdf

Gravieren mit Lasercutter
Am Freitagmorgen machten wir einige Versuche mit der Gravierfunktion des Lasercutters. Unser Ziel war es unser Logo auf eine MDF-Platte zu gravieren. Dazu mussten wir uns erst einmal auf der Website vom FabLab über das Gravieren informieren. Um ein Bild gravieren zu können, sollten folgende Punkte befolgt werden. Anleitung zum Laser:File:LASER-Anleitung-A4-01.pdf


 * 1) -	Geeignetes Bild verwenden (möglichst starker Kontrast und klare Flächengrenze)
 * 2) -	Bild in Photoshop oder ähnlichem Programm anpassen (Kontrast verbessern, usw.)
 * 3) -	Bild in Schwarz/Weiss konvertieren oder zumindest in Graustufen
 * 4) -	Bild als JPEG, PNG, … oder als Vektorgrafik in das Laser-zugehörige Programm «RDWorksV8» importieren
 * 5) -	Leistung im RDWorksV8 auf 8 bis 12% einstellen
 * 6) -	Geschwindigkeit im RDWorksV8 auf 150mm/s einstellen
 * 7) -	Mit RDWorksV8 eine "NAME.rd" Datei erstellen und auf der obersten Ebene des Speichermediums ablegen
 * 8) -	Speichermedium an Lasercutter anschliessen und Laser-Job starten

Bei unseren Versuchen wurde schnell klar, dass unser gewähltes Bild einen zu wenig klaren Kontrast aufwies und es zu viele helle Stellen gab. Daher wurde unser Bild nicht so erkenntlich graviert, weshalb wir die hellen Stellen im Photoshop noch einzeln nachgedunkelt haben. Die Verbesserung der gravierten Bilder sind in der Abbildung unten zu erkennen.



Projekt JAY (Fortsetzung)
Nach dem Mittag probierte das Team den Greifarm noch besser durch Muskelkontraktionen steuern zu können. Dazu wurden unterschiedliche ECG-Electode-Pads getestet und an unterschiedlichen Körperteilen aufgeklebt. Unter anderem hatten wir die Idee, die Pads im Gesicht anzubringen, da dadurch auch Patienten mit Tetraplegie die Möglichkeit hätten ein solches Gerät steuern zu können. Leider haben die Versuche mit den blossen Bewegungen im Gesicht nicht zum Ziel geführt, der Greifer konnte also nicht geöffnet oder gesteuert werden. Wenn die Pads allerdings am Unterarm befestigt wurden, liess sich der Greifer einigermassen gut kontrollieren.



Reflektion Blockwoche
"Aller Anfang ist schwer" sagt ein berühmtes Sprichwort. Dieses passt perfekt zu dieser Blockwoche. Als am Montagmorgen die Blockwoche startete, wusste niemand was ihn erwartet. Nach dem langen Morgen mit Vorträgen und Inputs, wurden die Gruppen gebildet. Auch als wir alles Material beisammenhatten und anfingen zu löten, war nicht klar was das Ziel der Woche war. Bald wurde uns aber bewusst, dass unsere eigenen kreative Ideen gefragt waren.

Während dem wir mit den verschiedenen Shields von Backyard Brain experimentierten, versuchten wir eine Projektidee zu finden, welche wir später umsetzen konnten. Die Idee für eine Handprothese kam uns, als wir es geschafft hatten, einen Servomotor mit Muskelkontraktion zu bewegen. Nach intensiver Suche im Internet und Besprechungen im Team, fanden wir die ideale Vorlage für einen mechanischen Greifarm. Während den mechanischen Fertigung und der Programmierung, fragten wir uns, was der Nutzen einer solchen Hand sein könnte. Die Ideen waren vielfältig und wurden in intensiven Diskussionen besprochen.

Nebst der Umsetzung eines kleinen Projekts, mussten in dieser Blockwoche auch Skill Share Sessions vorbereitet und besucht werden. Diese waren sehr spannend und lehrreich. Nebst vielen technischen, gab es auch einige Sessions die sich mit komplett "projektfremden" Themen auseinandersetzten. Dieses breite Angebot haben wir sehr geschätzt. Unsere selbst durchgeführte Session zum Thema Arduino Programmierung, war ein Vollerfolg. Von den ca. zehn Teilnehmern haben wir ausschliesslich positive Feedbacks erhalten. Im Allgemeinen hätten die Skill Shares noch etwas besser organisiert werden können. So hatten einige gar keine Teilnehmer. Ebenfalls wäre es besser gewesen, wenn die Sessions nicht zeitgleich parallel gelaufen wären, so hätten alle von allen besucht werden können.

Im Grossen und Ganzen hat uns die Blockwoche sehr gefallen. Das Ungewisse am Anfang und die Selbständigkeit während der Woche war eine willkommene Abwechslung zum durchorganisierten Studienalltag. Für das nächste Mal wünschen wir uns bessere Organisation bei den Skill Shares, sowie kürzere Inputs am Anfang der Woche.

Welche ethischen Konflikte sind beim Thema Prothesen zu beachten?
Eine Erfindung, die die meisten Menschen kennen und welche von den Meisten als Wunder und Segen der Medizintechnik wahrgenommen wird, ist die Prothese. Eine Prothese ist ein künstlich hergestelltes Körperglied, welches im Falle einer Fehlbildung oder eines durch Unfall verlorenen Körperteils, dem betroffenen Menschen als Ersatz dienen soll. Ziel ist es den Betroffenen das Leben zu erleichtern und ihnen die Möglichkeit zu verschaffen ein «normales» Leben führen zu können. Doch was ist denn überhaupt ein normales Leben? Sind Menschen die mit einer anderen Anatomie, also mit anderen oder weniger Körperteilen als der Durchschnitt, auf die Welt kommen nicht normal? Benötigen solche Menschen Prothesen wirklich damit ihre Lebensqualität verbessert wird, oder sehen sie sich eher gezwungen eine solche Prothese zu tragen, da die Gesellschaft es erwartet?

Wir können also erkennen, dass solche Prothesen von den meisten (meist aber auch «gesunde») Menschen zwar als etwas sehr gutes und Unabdingbares angesehen werden, aber dass diese durchaus auch ihre Schattenseiten besitzen. Wenn ein «gesunder» Mensch eine Prothese entwickelt ist wahrscheinlich oder sollte zumindest sein Hauptziel sein, anderen Menschen damit zu helfen und deren Wünsche zu erfüllen. Wenn sich jetzt aber gewisse Menschen durch diese Prothese unter Druck gesetzt fühlen eine Prothese tragen zu müssen, um so von der Gesellschaft als «normal» angesehen zu werden, wurde durch das Entwickeln der Prothese doch offensichtlich das ursprüngliche Ziel verfehlt. Man muss allerdings auch bedenken, dass es viele Menschen gibt, welche zum Beispiel durch einen Unfall einen Arm, eine Hand oder ein Bein verloren haben und die sich dann nichts sehnlicher wünschen als ihr Leben wieder so führen zu können wie vor dem Unglück. Bei genau diesen Menschen ist doch dann das ursprüngliche Ziel helfen zu können wieder erreicht. Des Weiter gibt es aber auch viele die zum Beispiel ohne Arm geboren sind und trotzdem auch sehr interessiert an guten Prothesen sind, wie man das auch hier in diesem Video sehen kann. 

Ein Problem das also besteht, ist dass man sich als Mensch mit zwei Armen nur schwer in einen mit zum Beispiel nur einem Arm hineinversetzten kann und somit seine Wünsche oder Sorgen praktisch kaum erahnen kann. Es ist also wichtig aktiv auf die Betroffenen Menschen zuzugehen, ihnen Gehör zu schenken und auch ihre Wahren Wünsche zu akzeptieren und zu respektieren. Schlussendlich muss sich jeder von ihnen aber selber wehren und für seine Bedürfnisse kämpfen, so wie es auch alle anderen Menschen tun müssen. Man kann das Produkt Prothese nämlich auch mit anderen Produkten vergleichen, wie zum Beispiel mit der Brille oder Einlagen in den Schuhen. Auch bei solchen Produkten können durchaus ethische Konflikte auftreten, obschon sie dazu gemacht wurden, um den Leuten helfen zu können. Am besten sollte also allen die freie Wahl gelassen werden ob sie Prothesen verwenden möchten oder nicht. Dass sich einige von der Gesellschaft gezwungen fühlen solche Prothesen zu tragen liegt wohl nicht an der Erfindung der Prothese selbst, sondern eher an der Art und Form unserer Gesellschaft und unserer mittlerweile globalisierten Kommunikation. Immer mehr Menschen streben auf Grund von Werbung, Bildern und Videos im Internet und auf social Networks nämlich dazu, bestimmten Schönheitsidealen zu entsprechen und nehmen dafür viel Unähnlichkeiten in Kauf. Wenn man also den Menschen mit dem angesprochenen Problem bezüglich den Prothesen helfen möchte, sollte man sich besser um ihre soziale Integration kümmern, bevor man versucht Prothesen abzuschaffen und so möglicher Weise wieder andern Menschen eine Benachteiligung verschafft.

Category:MedTech-DIY