Team Babos

Abstract
Das Ziel der Blockwoche Medizintechnik DIY ist es, dass wir als Gruppe die Anwendungen der Medizintechnik mit dem Do It Yourself (DIY) Ansatz verbinden. Unser Team Babos interdisziplinär gearbeitet und mit allen Teammitgliedern Ideen für innovative Projekte entwickelt. Angefangen haben wir mit dem Zusammenbauen des "Muscle SpikerShield", welches wir gleich für erste Experimente verwendet konnten. Das erste Experiment bestand darin, dass die Muskelsignale gelesen werden und mit LEDs die Intensität sichtbar ist. Daraus haben wir das zweite Experiment "Spike Recorde" entwickelt, welches die Aktionsptentiale der Hand Muskeln auf dem Computer angezeigt werden können. Später haben wir nicht nur die Hand Muskeln sondern auch das Herz untersucht.

Nach der Dumpster Diving Session mit Gaudi haben wir einen Elektromagneten im Schrott gefunden. Der Elektromagnet wurde gleich für unser nächstes Experiment eingesetzt. Er soll durch Muskel Anspannung magnetische Gegenstände anziehen und durch Lockerung der Muskeln die Gegenstände wieder loslassen. Hier entwickelte sich die Idee für eine Arm Prothese.

Da bei unserer Gruppe immer viel Material auf dem Tisch lag, fanden wir einen Ventilator-Propeller, den uns auf eine weitere Idee brachte. Wir entwickelten einen Ventilator, der mit Wärme und Kälte gesteuert werden kann.

Team
Wir sind das Team Babos der Blockwoche Medizintechnik DIY. Der harte Kern besteht aus vier Studenten des Studienganges Wirtschaftsingenieur und einen Studenten der Studienrichtung Medizintechnik, welche sich in unterschiedlichen Semestern befinden. Dementsprechend vielseitig sind die Erfahrungen der einzelnen Teammitglieder. Durch die interdisziplinäre Zusammensetzung und die unterschiedlichen Erfahrungen hat sich das Team super ergänzt.

Mitglieder:

Kurzbeschrieb MedTech DIY
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. (Modulbeschrieb HSLU, 2017)

Location FabLab
FabLabs sind ein globales Netzwerk von lokalen Labs. Sie fördern den Erfindergeist und bieten diverse digitale Fabrikationsmaschinen. In FabLabs ist es möglich, beinahe alles herzustellen.

Zu Beginn der Blockwoche konnte jedes Team seinen eigenen Bereich im FabLab der Hochschule Luzern – Technik & Architektur einrichten. Dazu wurden viele Ressourcen zur Verfügung gestellt, welche von den Teams selber nach Gebrauch ausgesucht wurden.

Jede Person, welche im FabLab arbeitet hat Verantwortlichkeiten. Dazu gehört die Sicherheit, der Betrieb und das Wissen. Es darf weder Menschen noch Maschinen Schaden zugefügt werden. Beim Betrieb muss jeder seinen Arbeitsplatz aufräumen und putzen. Dazu gehört auch die Mithilfe des Unterhalts und Verbesserungsvorschläge. Damit das Wissen transferiert werden kann, sollen möglichst viele Projekte und Arbeiten dokumentiert werden. Weitergabe des Wissens ist jeder Zeit erwünscht.

FabLab Luzern

Zielsetzung
Fachkompetenzen: Kreative Produktideen sollen an der Schnittstelle von Technik und Medizin umgesetzt werden. Dazu werden die Möglichkeiten der digitalen Fabrikation kennengelernt und eingesetzt. Das Wissen im Bereich der elektrophysiologischen Messmethoden wird angeeignet oder vertieft. Die notwendigen Informationen dazu werden selbstständig recherchiert, dokumentiert und ausgewertet.

Methodenkompetenzen: Die Studierenden sind fähig, in Ideenentwicklungsprozessen zu arbeiten. Die Aufgaben werden innerhalb des Kreativprozesses selbstständig oder in der Gruppe erarbeitet. Es ist wichtig, dass Bedürfnisse und technische Problemstellungen erkannt und bearbeitet werden können. Dazu gehört das erkennen der Zusammenhänge zwischen der menschlichen Anatomie/Physiologie und der Technik.

Sozialkompetenzen: Die konkreten Lerninhalte werden von den Studierenden selbstständig erarbeitet und vertieft. Jedes Teammitglied übernimmt Selbst- und Fremdverantwortung. Die Prozesse der Entscheidungsfindung sind im Team effizient und konstruktiv zu gestalten. Schlussendlich ist es wichtig, dass die erarbeiteten Grundlagen und Konzepte verständliche kommuniziert werden.

Hackteria
Hackteria ist eine Webplattform und eine Sammlung von Open Source biologischen Kunstprojekten, die von Andy Gracie, Marc Dusseiller und Yashas Shetty initiiert wurde. Laut ihrer Website ist das Ziel des Projekts die Entwicklung einer reichhaltigen Wiki-basierten Web-Ressource für Leute, die an Projekten interessiert sind oder Projekte entwickeln, die Bioart, Open Source Software/Open Source Hardware, DIY Biologie, Kunst/Wissenschaftliche Kooperationen und elektronische Experimente beinhalten.

Backyard Brains
Backyard Brains ist eine Website mit Open-Source Experimenten für Wissenschaftler, Lehrer und Amateure. Experten zeigen auf der Backyard Brains Website Vorschläge für Projekte auf.

Backyard Brains wurde von Absolventen der University of Michigan gegründet. Sie wollten mit Schulkindern währen neurowissenschaftlichen Outreach-Veranstaltungen interagieren. Kinder lernen besser, wenn sie die Materie sehen und anfassen können. Da aber eine solche Ausrüstung hohe Kosten mit sich bringt, wurden durch Einsatz von Standardelektronik Kits entwickelt, die Einblicke in das Innenleben des Nervensystems ermöglichen.

Arduino
Arduino ist eine Open-Source Elektronikplattform, die auf einfach zu bedienender Hard- und Software basiert. Arduino Boards sind in der Lage Eingänge (Sensor, Knopf, usw.) zu lesen und in einen Ausgang (Motorbetrieb, LEDs, usw.) umzuwandeln. Mit einer Reihe von Anweisungen, welche an den Mikrokontroller auf dem Board gesendet werden, kann dem Board gesagt werden was zu tun ist. Dazu wird die Programmiersprache Arduino verwendet, welche mit der IDE Software geschrieben und auf das Board geladen wird.

Dank der einfachen und leichten Benutzerführung von Arduino wurde es für tausende von Projekten und Anwendungen eingesetzt. Arduino ist sehr gut für Anfänger geeignet und dennoch flexibel genug für fortgeschrittene Anwender. Das Programm läuft auf Mac, Windows und Linux. Häufig wird es eingesetzt um kostengünstige wissenschaftliche Instrumente zu bauen, Chemie- und Physikprinzipien zu beweisen oder um mit der Programmierung und Robotik zu beginnen. Auch für das Bauen von interaktiven Prototypen und Musik Experimenten kann das Arduino eingesetzt werden.

Vorteile von Arduino: Preiswert, Plattformübergreifend, einfache und übersichtliche Programmierumgebung, Open-Source und erweiterbare Software, Open-Source und erweiterbare Hardware

Löt(l)en
In den folgenden Abschnitten wird das Thema Löten erläutert. Genauere Beschreibungen zum Thema sind im Dokument File:03_Loetverbindungen.pdf vorhanden.

Funktion und Wirkung
Löten ist ein thermisches Verfahren zum stoffschlüssigen Fügen und Beschichten von Werkstoffen. Das Lot wird durch Verflüssigung verarbeitet. Die Arbeitstemperatur liegt unter der Schmelztemperatur der Grundwerkstoffe.

Vorteile
• Verbindung von unterschiedlichen Metallen

• wenig thermische Beeinflussung des Werkstoffes (Weichlöten)

• Gute Dichteigenschaften (auch gasdicht)

• Gute elektrische Leitfähigkeit

• Keine Spannungsspitzen (Kerbwirkung)

• vergleichbare Festigkeit wie die Grundwerkstoffe (Hartlöten, Hochtemperaturlöten)

• Keine Festigkeitsreduktion durch Alterung

• Automatisierbar

Nachteile
• teures Lotmaterial bei grossflächigen Lötstellen (Zinn oder Silber)

• Schlecht anwendbar mit Aluminium (grosse Potentialdifferenz)

• chemische Korrosion durch Flussmittelreste

• Festigkeit gering (Weichlöten)

• aufwendige Vorbereitungsarbeiten

Lötverfahren
Das Weichlöten wird vorwiegend für dichtende und/oder elektrisch leitende Verbindungen angewendet. Die Weichlote sind Zinn oder Silber Legierungen mit Zusätzen wie Blei, Antimon oder Kupfer. Die Erwärmung der Lötstelle erfolgt hauptsächlich durch Heizkolben, Flammen oder im Ofen.

Das Hartlöten wird vorwiegend für Verbindungen angewendet die festigkeitsmässig belastet sind. Die Hartlote sind Kupfer, Silber, Nickel, Palladium oder Aluminium Legierungen mit Zusätzen wie Blei, Zinn, Silber oder anderen Stoffen. Die Erwärmung der Lötstelle erfolgt hauptsächlich durch Induktion oder Flammen.

Das Hochtemperaturlöten wird flussmittelfrei im Vakuum oder in einer Schutzgasatmosphäre durchgeführt.

Einführung DIY
Urs und Marc haben uns einen Einblick in ihren Lebenslauf gegeben und uns über das weitere Vorgehen des Moduls aufgeklärt. Weiter haben sie uns nähergebracht wie man die Anwendungen der Medizintechnik mit Do It Yourself (DIY) Ansätzen verbindet. Anstatt Do It Yourself wenden wir in kleinen Gruppen das Prinzip Do It Together an. Marc brachte eine Kiste voller Kleinteile mit. Die Studenten stellten sich untereinander vor, indem jeder sein Name sagte und eines der Kleinteile aus der Kiste erklärte. Im letzten Teil vor der Mittagspause hat sich Marc vorgestellt und über seine Projekte in Yogyakarta berichtet.



Wiki Nutzung
Am Abend bekamen die Studenten eine Einführung wie Media Wiki funktioniert und wie Einträge darin vorgenommen werden können. Es wurde bereits damit begonnen erste Einträge im Media Wiki vorzunehmen.

Vortrag von Wilhelm Hilger
Im ersten Teil des Vortrages hat uns Willy einen Einblick in die Medizintechnik gegeben und dann ein Video gezeigt, was Medizinprodukte sind. Des Weiteren zeigte er uns den Weg von der Entstehung bis zur Markteinführung eines Medizinproduktes und wie die Überwachung nach dem Markteintritt geregelt ist.

https://www.swissmedic.ch/swissmedic/de/home/ueber-uns/publikationen/video.html

Im zweiten Teil hat er uns seine Masterarbeit vorgestellt und wie er diese im Gaudilap umgesetzt hat. Dabei demonstrierte er uns an einem Video ein Prototyp eines digitalen Mikrofluidik-Gerätes basierend auf der Electrowetting (EWOD)-Technologie, gebaut mit dem Fast Prototyping-Verfahren für Leiterplatten.

https://www.youtube.com/watch?v=C677yPYXWIs

Biotechnology for All / DIY in bioanalytics: doing and grasping it yourself
Biotechnologische Forschung findet heute nicht mehr nur in spezialisierten Labors statt. Eine wachsende Gemeinschaft von Biologen, Bastlern und Technikbegeisterten experimentieren in Küchen, Werkstätten und Eigenbau-Labors. Einige sehen in der Demokratisierung der Biotechnologie eine Gefahr; andere die Chance für ein besseres Verständnis von komplexen wissenschaftlichen Zusammenhängen in der Gesellschaft.

2008 machten es sich einige Technik-Freaks in Boston zum Ziel, die biotechnologische Forschung aus den etablierten Institutionen in die Garagen und Küchen in den Städten und auf dem Land zu holen. Seither entstanden in Europa, den USA und in Asien dutzende Garagenlabors mit Waagen, Mixer, Kühlschränken und Inkubatoren, die sich die Initiatoren günstig über ebay zusammenkaufen. Teils werden die Labors auch gleich mit selbstgebauten Bioanalytik-Geräten bestückt. Neugierige Laien und gestandene Forscher experimentieren dort Schulter an Schulter.

Mikroskope aus Billig-Webcams
Mehrere parallele Entwicklungen haben zum Aufschwung der DIY-Biotechnologie geführt: Die technischen Komponenten für die Entwicklung von eigenen Bioanalytik-Geräten, darunter Mikrochips und LEDs, wurden dermassen billig, dass sie heute auch für Laien erschwinglich sind. Mit viel Kreativität bauen DIY-Biologen aus Einzelkomponenten neue Labormaterialien wie Spektrometer, Mikroskope oder sogar DNA-Sequenziermaschinen. Die Strategie des «Hackens» ist dabei ein integraler Bestandteil: Günstige, für den Massenmarkt produzierte technisch hochstehende Geräte wie Smartphones werden für neue, labortüchtige Funktionen modifiziert. Zum Beispiel finden Interessierte im Internet Anleitungen, um aus einer Webkamera für wenige Franken ein Computer-kompatibles Mikroskop zu basteln.

«Do it yourself» in der Bioanalytik: Selbermachen und begreifen
Die SATW hat im Oktober 2014 in Zusammenarbeit mit der FHNW und dem Netzwerk «Hackteria» einen zweitägigen Workshop zu «Do-it-yourself von Laborgeräten in der Bioanalytik» veranstaltet. Dabei stand die Frage im Zentrum, wie Biohacking und Do-it-yourself-Strategien als sinnvolle Unterrichtseinheiten genutzt werden können. Im Workshop sollen Strategien der DIY-Biologie und der weltweit verbreiteten Garagenlabors in die wissenschaftliche Lehre integriert werden.

How to control someone else's arm with your brain | Greg Gage
Im Ted Talk erzählt Greg Gage zunächst über das Gehirn. Er sagt, dass das Gehirn ein komplexes Wunderwerk des menschlichen Körpers sei. Weiter findet er es eine grosse Schande, dass Schüler relativ wenig über das Gehirn und dessen Funktion wissen. Grund dafür ist, dass die Ausrüstung sehr teuer und komplex ist. Greg Gage hat sich zum Ziel gesetzt, die Neurowissenschaften für alle Schüler und Schülerinnen zugänglich zu machen.

Neurowissenschaftler und Ingenieur Greg Gage demonstrierte in Vancouver eine modifizierte SpikerBox - ein nicht-eindringendes (nicht-invasives) Gerät, das einfach genug ist, um die elektrischen Impulse des Nervensystems zu verstehen. Die SpikerBox war das erste von vielen DIY-Produkten, die er mit Backyard Brains entwickelt hat. Ziel der Entwicklung ist es, Kinder zu unterhalten, zu motivieren, mehr über die Fähigkeiten des Gehirns zu erfahren und hoffentlich das Interesse an den Neurowissenschaften zu wecken.

Das Gerät benötigt zwei freiwillige Personen, die lediglich durch Elektroden und ein Computersystem verbunden sind. Das Gerät erkennt elektrische Bewegungssignale und schafft so eine Schnittstelle zwischen Mensch und Mensch. Der ersten Person werden zwei Elektroden auf den Arm und eine Elektrode auf die Handfläche geklebt. Nun macht sie die Faust und bewegt die Hand auf und ab. Die zweite Person wird ebenfalls mit zwei Elektroden am Arm und eine auf der Handfläche ausgestattet. Diese Person verliert die Kontrolle über ihren Arm und lässt ihn durch die Verbindungen, die vom Gehirn des anderen Freiwilligen gesendet werden kontrollieren. Während die erste Person den Arm bewegt, beginnt die Hand der zweiten Person zu zucken.

Da sich die Nerven nahe an der Haut befinden, ist der gesamte Prozess nicht invasiv und somit ist das Gerät für Kinder absolut sicher in der Anwendung und erfordert nur selbstklebende, leitfähige Klebepads, die an den Armen befestigt werden.

Sicher, es ist ein gruseliger Schritt in Richtung totaler Gedankenkontrolle einer anderen Person. Aber es ist auch eine lustige Art und Weise für jedermann, etwas über die Kraft des menschlichen Geistes zu lernen.

Simplicity: We know it when we see it | George Whitesides
George Whitesides spricht in diesem TED Talk über Einfachheit der Dinge. Er fragt das Publikum: «Also, was ist Einfachheit?» Es ist gut, mit einigen Beispielen zu beginnen. Eine Kaffeetasse -- wir denken nicht an Kaffeetassen, aber es ist viel interessanter als man denkt -- eine Kaffeetasse ist ein Gerät, das einen Behälter und einen Griff hat. Der Griff ermöglicht es Ihnen, ihn zu halten, wenn der Behälter mit heißer Flüssigkeit gefüllt ist. Warum ist das wichtig? Nun, es ermöglicht Ihnen, Kaffee zu trinken.

Why toys make good medical devices | Jose Gomez-Marquez
Jose Gomez-Marquez sagt, dass Spielzeuge über einen grossartigen Supply Chain verfügen und überall auf der Welt anzutreffen sind. Jose Gomes-Marquez erwähnt weiter, dass die Kernauswirkung dieses Projekts in der Entwicklung der Design-Kits als Plattformtechnologie liegt. Modulare Komponenten ermöglichen es Medizinern, ihre eigenen Lösungen zu entwerfen, die für Ärzte und Patienten nützlicher und nachhaltiger sind. Mit den richtigen Werkzeugen und dem richtigen Kontext, der durch den Kurs vorgegeben wird, sind MEDIKit-Anwender in der Lage, innovativ zu sein und die einzigartigen Herausforderungen in ihrem Arbeitsumfeld zu meistern.

Wir entwickeln Ermächtigungstechnologien für die Gesundheit. Wir glauben, dass Innovation und Design an vorderster Front im Gesundheitswesen stattfinden, wo Anbieter und Patienten alltägliche Technologien erfinden können, um die Ergebnisse zu verbessern. Durch die radikale Demokratisierung der Instrumente der medizinischen Kreation wollen wir es Patienten und Leistungserbringern an vorderster Front ermöglichen, Antworten auf Krankheitslasten zu finden.

Seni Gotong Royong: HackteriaLab 2014 – Yogyakarta
HackteriaLab 2014 - Yogyakakarta ist ein zweiwöchiges, «making-orientiertes» Treffen von Forschern, Künstlern, Wissenschaftlern, Akademikern, Hackern und anderen Personen in Yogyakarta. Sie wurde von der LIFEPATCH - Bürgerinitiative für Kunst, Wissenschaft und Technologie veranstaltet und gemeinsam mit HACKTERIA | Open Source Biological Art in Zusammenarbeit mit verschiedenen regionalen Partnern organisiert. Als Web- und Community-Plattform versucht Hackteria Wissenschaftler, Hacker und Künstler zu ermutigen, zusammenzuarbeiten und ihre Expertise zu bündeln, kritische und theoretische Reflexionen zu schreiben, einfache Anweisungen zur Arbeit mit Life Science-Technologien zu teilen und bei der Organisation von Workshops, Festivals und Meetings zusammenzuarbeiten.

Open Source Estrogen: Housewives Making Drugs | Mary Maggic
Ein kooperatives, interdisziplinäres Forschungsprojekt, Open Source Estrogen kombiniert Biohacking und spekulatives Design, um zu demonstrieren, auf welche Weise Östrogen ein Biomolekül mit institutioneller Bioenergie ist. Open Source Estrogen verbindet Do-it-yourself-Wissenschaft, Körper- und Geschlechterpolitik und ökologische Verzweigungen der Gegenwart. Ziel des Projektes ist es, ein Open Source Protokoll für die Östrogenbiosynthese zu entwickeln. Als Reaktion auf die verschiedenen Biopolitiken der hormonellen Steuerung von weiblichen Körpern, die von Regierungen und Institutionen vorgeschrieben werden, zielt das Projekt darauf ab, ein System von DIY-Protokollen zur Emanzipation des Östrogen-Biomoleküls zu entwickeln. Wir wollen wissen: Was ist die Biopolitik in unseren Organen? Was noch wichtiger ist: Ist es ethisch vertretbar, selbst synthetisierte Hormone selbst zu verabreichen?

Muscle SpikerShield DIY v2
Beschreibung: Jede Gruppe bekam ein Muscle SpikerShiel Kit und konnte es selbstständig zusammenbauen.

Resultate: Das Muscle SpikerShiel Kit konnte gemäss Anleitung von Backyard Brains (File:MuscleSpikerShield.v.1.7.BuildingInstructions.pdf) zusammengebaut werden. Das fertige Muscle SpikerShield kann für die nachfolgenden Experimente als Grundbaustein verwendet werden. Für weitere Experimente gibt es viele Ideen auf der Backyard Brains Website.

Erkenntnisse: Beim Muscle SpikerShiel Kit waren nicht alle Komponenten vorhanden oder zum Teil andere als angegeben. Es fehlten die vier blauen Widerstände 106 (C1, C2, C10, C100). Auch der Relay Header hat gefehlt, dafür befanden sich zwei Jumper im Kit. Statt ein 47kOhm Widerstand war ein 100kOhm Widerstand vorhanden und der 270kOhm Widerstand sollte eigentlich ein 220kOhm Widerstand sein. Auf der Platine fehlten zwei Löcher (R3 und R4) für Widerstände, welche aber für das Projekt nicht dringend notwendig waren.



Experiment 1: Muscle Spiker Shield
Beschreibung: In diesem Testversuch kann man mit der Elektronik und dem Arduino-Projekt elektrische Aktivitäten unserer Muskeln steuern. Die Muskelsignale (EMG) können gelesen werden und anhand den Signalen kann man auch unteranderem Maschinen steuern.

Resultate: Hier haben wird das Muscle Spiker Shield mit der Testperson verbunden und das Potentiometer justiert, so dass die Empfindlichkeit stimmt. Durch die neuronale Ausschüttung der Aktionspotentiale (notwendig für die Kontraktion der Muskulatur) kann eine Spannung abgegriffen werden, welche dann sichtbar ist. Durch das Aufleuchten der LEDs ist die Intensität sichtbar. Die Voraussetzung für ein klares Ergebnis ist eben die korrekte Empfindlichkeit des Potentiometers, wenn es zu empfindlich ist, schlägt es ständig aus, wenn es zu wenig empfindlich ist, sind die Ausschläge nicht sichtbar.



Erkenntnisse: Vorerst reagierten die LEDs überhaupt nicht. Durch Vergleich mit einer anderen Gruppe sahen wir, dass die LEDs falsch eingesetzt wurden. Da diese polarisiert sind, ist dies entscheidend. Das ist eine gute Erkenntnis, da niemand von unserer Gruppe gewusst hat, dass LEDs falsch herum eingesetzt werden können. Anschliessend wurden die LEDs richtig eingelötet und dann leuchteten diese auch.

Programmierung: File:MuscleSpikerShieldWithRelay_V1_0.pdf

Backyard Brains - Muscle Spiker Shield

Experiment 2: Spike Recorde
Beschreibung: Mit unserem SpikerShield können Sie die Aktionspotentiale der Hand Muskeln auf einem Computer mit der Spike-Rekorder-Software anzeigen und aufzeichnen.

Resultate: Das Programm Spike Recorder wurde auf dem Laptop heruntergeladen. Über ein USB und Mikrofon AUX Kabel wurde der Laptop mit dem MUSCLE SPIKER SHIELD verbunden. Anschliessend haben wir das Programm Spike Recorder mit dem Eingang des AUX Kabels verbunden und dann wurden die Signale der Handbewegungen auf dem Laptop projiziert. Lange wurde nichts auf dem Laptop projiziert, dies lag daran, dass wir das falsche AUX Kabel hatten. Dabei unterscheiden sich die AUX Kabel wie folgt auf den Bildern zu sehen anhand den Steckern ob diese vierpolig oder dreipolig sind. Anschliessend haben wir das AUX Kabel welches einen vierpoligen Stereostecker und einen dreipoligen Stereostecker hat verwendet und dies funktionierte dann einwandfrei bzw. die Signale wurden dann auf dem Laptop abgebildet.



Erkenntnisse: Dass nicht alles AUX Kabel gleich sind, sondern sich diese durch ihre Pole unterscheiden.

Programmierung: File:MuscleSpikerShieldWithRelay_V1_0.pdf

Backyard Brains - Heart and Brain Spiker Shield Bundle

Experiment 3: Heart and Brain SpikerShield Bundle
Beschreibung: Hier kann man die Aktionspotentiale Ihres Herzes und die langsamen Rhythmen des Gehirnes auf einen Computer anzeigen und aufzeichnen lassen.

Resultate: Beim dritten Testversuch mit dem SpikerShield-Paket für Herz und Gehirn (EEG / EKG) wollten wir die Aktionspotentiale des Herzes sowie die langsame Geschwindigkeit des Gehirnes unserer Testperson am Laptop anzeigen und aufzeichnen lassen. Nachdem wir alles wie beschrieben aufgebaut hatten, wurde das Signal zwar aufgezeichnet, jedoch war es so verrauscht, dass man nichts damit anfangen konnte. Erkenntnisse: Wir kamen zur Erkenntnis, dass die Störfaktoren aktuell zu gross sind und diese minimiert werden müssen.

Programmierung: File:MuscleSpikerShieldWithRelay_V1_0.pdf

Backyard Brains - Heart and Brain Spiker Shield Bundle

Experiment 4: Elektromagnet
Beschreibung: Die Idee handelt von einem bionischen Arm. Dabei ist der Gedanke, dass jemand z.B. durch einen Unfall einen Arm verliert. Da kommt einem in erster Linie in den Sinn, die Funktion der Armes nachzuahmen, sozusagen eine bionische Prothese zu entwickeln, die all das kann.

Nun kann man aber auch folgende Überlegung machen: Warum sollte eine bionische Prothese nicht sogar mehr können als ein üblicher Arm? Eine mögliche Fähigkeit ist ein elektrischer Magnet, den man mittels auf den Arm aufgebrachten Elektroden steuern kann.

Der Versuchsaufbau ist eigentlich nicht sonderlich kompliziert: Das Breadboard wurde aus dem 1. Versuch entnommen. Es ist das «Muscle spiker shield» und kann Spannungen anzeigen mit dem LEDs. Mit dem Code «MuscleSpikerShieldWithRelay_V1_0» kann ein Relais ausgelöst werden, wenn der Höchstwert erreicht ist. Der Elektromagnet wurde angeschlossen und mit dem Relais verbunden. Das Relais ist bereits auf dem «Muscle spiker shield» montiert. Es ist im Normalzustand unterbrochen, also fliesst kein Strom. Wird aber nun der Höchstwert erreicht, schliesst sich der Stromkreis durch das Relais. Die zwei Batterien sind in Serie geschaltet und liefern zusammen 18V. Sie fliesst nun durch den Elektromagneten und es können somit Dinge aufgehoben werden, welche ferromagnetische Eigenschaften besitzen.



Resultate: Man kann ferromagnetische Gegenstände mit dem Elektromagneten anheben.

Erkenntnisse: Der Elektromagnet löst aus, sobald man den Arm anspannt. Mit diesem lassen sich Stähle mit ferromagnetischen Eigenschaften anheben, wie z. B ein Mobiltelefon mit einer magnetischen Hülle. Um dann den Gegenstand wieder fallen zu lassen, entspannt man den Arm, als Folge schliesst sich das Relais und der Stromkreis wird unterbrochen, als Folge fällt der Gegenstand wieder runter.



Programmierung: File:MuscleSpikerShieldWithRelay_V1_0.pdf

Links: Der dazu passende Code ist auf https://github.com/BackyardBrains/SpikerShield zu finden. Die Arduino Datei heisst «muscleSpikerShieldWithRelay_V1_0.ino».

Experiment 5: Prothese
Beschreibung: Das Ziel dieses Experiments ist es durch die Ströme der verschiedenen Muskeln, einerseits die Drehbewegung der Prothese zu erfüllen sowie die Funktion ferromagnetische Gegenstände anzuziehen. Spannt man den Oberarm an, so zieht der Magnet an. Spannt man die Brust an, so dreht sich die Hand. Ein intensives Drehen des Armes führt zum Anspannen der Brust. Das wäre beispielsweise eine gute Möglichkeit, die Spannungen abzugreifen und für den Bau einer Prothese zu nutzen.

Bau:



Die Prothese besteht grundsätzlich aus folgenden Bauteilen:

• Die Hand aus Styropor, in die der Elektromagnet eingebaut ist.

• Der Elektromagnet, mit dem man dann ferromagnetische Gegenstände anheben kann.

• Die Überstülp-Hülle, die man über den Arm anzieht.

• Der DC-Motor, welcher die Hand drehen kann und die Überstülp-Hülle und die Hand verbindet.

• Der Batterie-Kasten, wo die zwei Stk. 9V-Kastenbatterien eingebaut sind

• Die Hülle für die Elektronik, in der die zwei Arduino-muscle-spiker-shield eingebaut sind und durch die Powerbank gespeist werden.

• Der Gurt, wo die Hülle für die Elektronik gehängt werden kann, damit die ganze Konstruktion mobil ist. • Die Elektroden, die auf dem menschlichen Körper geklebt werden.

Resultate: Für die Realisierung braucht man zwei Arduinos, zwei Muscle Spiker Shields, einen DC Motor und einen elektrischen Magneten. Die Arduinos haben beide das selbe Programm "MuscleSpikerShieldWithRelay" drauf geladen. Sie tun also genau das selbe. Der DC Motor wird mit 9V gespeist und der Magnet mit 18V. Beide Komponenten laufen über ein separates Arduino und Muscle Spiker Shield. Solange die Brust angespannt ist, dreht sich die Hand und solange die Hand angespannt ist, bleibt der Elektromagnet aktiviert. Die Prothese als ganze Baugruppe fuktionierte und erfüllte den vorgesehenen Zweck.

Das folgende Komponentendiagramm zeigt die gesamte Baugruppe der Prothese.



Erkenntnisse: Die Verbindung der einzelnen Kabel von Arm und Hand stellte sich als problematisch heraus: Da der Magnet in der Styropor-Hand liegt und das Kabel zum Arm führen muss, ist das drehen der Hand um 360° ein Problem, denn so verdrehen sich die Kabel und wickeln sich um die Welle des DC-Motors. Zudem war die Einstellung der Empfindlichkeit recht mühsam: Wenn man es zu empfindlich einstellte, so reagierte die Hand sofort und je nach dem sogar auf dem Herzschlag, wenn man es nicht so empfindlich einstellte, konnte man ds Relais nich ktivieren. Einen gescheiten Mittelwert zu finden stellte sich als recht aufwändig heraus.

Mit der richtigen Einstellung des muscle-spiker-shield war es jedoch möglich, eine metallische Batterie anzuheben und den Arm zu drehen. Den Gegenstand anheben und den Arm drehen funktionierte unabhängig voneinander einwandfrei.

Programmierung: File:MuscleSpikerShieldWithRelay_V1_0.pdf

Experiment 6: Ventilator
Beschreibung: Die Idee dieses Experiments ist es mit einer Temperaturmessung die Geschwindigkeit eines Ventilators (DC Motor) zu steuern. Der Ventilator soll langsamer drehen, wenn die Temperatur kälter wird und schneller, wenn die Temperatur höher wird.

Resultate: Für die Realisierung braucht man ein Arduino, ein Motor Shield, einen Temperatursensor (DS18b20) und einen DC Motor. Am einfachsten ist es, wenn zuerst der Temperatursensor in Betrieb genommen wird und anschliessend der Motor. Für den Temperatursensor kann man die OneWire.h Bibliothek verwenden und anpassen und für den Motor die Adafruit_MotorShield.h Bibliothek. Die beiden Komponenten können später kombiniert werden, was man in der Programmierung am einfachsten mit zwei separaten Funktionen macht.

Erkenntnisse: Es ist wichtig zu wissen, was für ein Motor verwendet wird, da die Ansteuerung eines Servos anders ist wie die Ansteuerung eines DC Motors. Zusätzlich ist es einfacher wenn man ein Motor Shield bei der DC Motor Steuerung verwendet. Damit die Temperatur die Geschwindigkeit des Motors bestimmen kann, braucht man eine map Funktion. Mit der map Funktion kann mit dem Bereich der Temperaturmessung (z.B. 20-30°C) die Geschwindigkeit des Motors (0-255) gesteuert werden. Der Bereich der Geschwindigkeit wird prozentual der Temperaturmessung angepasst.

Programmierung: File:Venti.pdf

Skill-Share Session: Jonglieren
Jede Gruppe hat den Auftrag, eine Skill-Share Session für die anderen Studierenden vorzubereiten und durchzuführen. In einem Zeitfenster von circa einer Stunde soll möglichst viel Wissen zum gewählten Thema übermittelt werden. Unsere Gruppe hat sich für das Thema Jonglieren entschieden.

Vorbereitung
Vorbereitung bedarf es sehr wenig, vorausgesetzt, derjenige der die skillshare durchführt, ist sattelfest mit jonglieren. Wichtig ist die Überlegung, wo man es durchführt. Bei geringen Aussentemperaturen (in etwa weniger als 5°C) ist die Outdoor-Durchführung nicht empfehlenswert, da die Hände kalt werden und man das Gefühl in den Händen etwas verliert. Bei der Indoor-Anwendung ist darauf zu achten, dass der Raum genügend hoch ist (Etwa 4 Meter sind für die meisten Anwendungen genügend). Somit eignen sich Schulzimmer, Turnhallen, oder Werkstätte tip top.

Durchführung
Die Anzahl Teilnehmende ist sehr stark abhängig je nach zur Verfügung stehenden Gegenständen und dem Niveau der Teilnehmenden. Wenn beispielsweise alle Teilnehmer mit 3 Bällen jonglieren lernen wollen, und es noch niemand kann, sind etwa 8 Teilnehmende pro Instruktor möglich. Wenn es alle schon ein wenig können, können es auch mehr Teilnehmende sein. Dabei ist natürlich immer die Voraussetzung, dass genügend Gegenstände zum Jonglieren vorhanden sind. Auch eine geeignete Räumlichkeit oder Aussenbereich ist wichtig. Es sollte möglich sein, insbesondere für den Anfang, dass die Teilnehmenden sich in einem Halbkreis aufstellen können. In der 1. Phase soll jeder Teilnehmer zeigen, was er schon kann. Dafür ist der Halbkreis gut geeignet, da dann jeder Teilnehmer jeden anderen sehen kann. Zusätzlich kann der Instruktor sehen, wie das Niveau der Teilnehmenden ist. In der 2. Phase soll der Instruktor die grundsätzlichen Würfe zeigen. Mit 2 Bällen beginnt man, wenn man mit 3 Bällen jonglieren lernen möchte. Währenddessen über die Teilnehmenden selbstständig und der Instruktor hilft bei möglichen Problemen oder Fragen. Falls jemand es in dieser Zeit gelernt hat, kann der Instruktor weitere Tricks zeigen, die z. B ein Ball hinter dem Rücken, oder mit gekreuzten Armen jonglieren.

Erfahrungen
Da die skillshare am Freitag Nachmittag war und jede Gruppe noch den Prototypen fertig stellen musste, waren die meinsten Leute im Stress. Es ist eher an einem früheren Tag wie z. B Mittwoch zu empfehlen, insbesondere dann, wenn nicht allzu viele Teilnehmer erwartet werden. Es kamen lediglich drei Personen zur skillshare jonglieren, das machte es jedoch äusserst angenehm für den Instruktor. Die Vorkenntnisse waren gut, jeder der drei Teilnehmer konnte zumindest mit Mühe und Not mit drei Bällen jonglieren. Das machte es sehr interaktiv, resp. der Instruktor konnte individuell Tricks und Verbesserungsvorschläge den Teilnehmern zeigen. Die Fortschritte waren äusserst beeindruckend, nach weniger als zwei Stunden konnte jeder Teilnehmer ein oder mehrere Tricks in das Jonglieren mit drei Bällen einbauen und auch das Kaskadenmuster ("Pattern" der Bälle) wurde sauberer. Die skillshare Jonglieren ist sehr zu empfehlen für diejenigen Instruktoren, die gerne jonglieren und das gelernte auch gerne weitergeben.

Links
17 simple 3 ball juggling tricks : https://www.youtube.com/watch?v=q7Tzn8JgX4A

Bruce Sarafian Musical Juggling 3,4,5,6 Balls Juggler: https://www.youtube.com/watch?v=DJtnizkkFos

Vova juggling with 5, 6, 7, 8 and 9 balls: https://www.youtube.com/watch?v=m_rzWfZveEs

Ressourcen
Als wichtigste Ressourcen gelten natürlich die zu jonglierenden Gegenstände. Als Anfang empfehlen sich Beanbag-Bälle, da diese leicht zu fangen sind und sie nicht wegrollen. Beanbag-Bälle sind diejenigen, die man höchstwahrscheinlich aus dem Kindergarten oder ähnlich kennt, sie sind typischerweise aus einem weichen Stoff und mit Hirse gefüllt, was die sehr weich macht.

Arduino
In der Arduino Session lernten wir, wie ein Arduino Programm aufgebaut ist. Wir haben gemeinsam ein paar Komponenten (Widerstand, LED, Button, LDR) angeschaut, welche mit einer Arduino Programmierung gesteuert werden. Um die Materie zu vertiefen haben wir einfache Beispiele (LED blinken, Button Switch für LED) ausprobiert.

DIY-MedTech Arduino Basics - Team Tamberg

Photoshop
In der Photoshop Session haben wir die Basic Funktionen von Photoshop und Camera Raw kennengelernt. Wir können jetzt einfache Bildoptimierungen vornehmen. Dazu gehört das Retuschieren von Objekten, Farbanpassungen, Maskierung und Zusammenfügen von zwei Bildern.

DIY-MedTech Photoshop - Team Lion

Dumpster Diving
In der Dumpster Diving Session wurde uns gezeigt, dass man auch aus alten Sachen etwas herstellen oder experimentieren kann. Unsere Gruppe hat bei dieser Session ein Magnet gefunden, welches für unsere Experimente eingesetzt werden konnte.

DIY-MedTech Dumspter Diving - Team Gaudi

Anatomie / Muskelaufbau
In der Anatomie / Muskelaufbau Session haben wir gelernt, was Anatomie bedeutet und in welche Teilgebiete die Anatomie unterteilt wird. Weiter haben wir die Zellbiologie und den Muskelaufbau angeschaut. Wir wissen jetzt wie die Muskeln funktionieren und wie eine Zelle aussieht. Weiter bekamen wir eine Einführung in Makros- und Mikroskopische Anatomie.

DIY-MedTech Anatomie - Team Fantastic Three

Reflexion
Das Feedback über die Blockwoche DIY ist bei den Teammitgliedern im Großen und Ganzen sehr positiv ausgefallen.

Das freie Arbeiten ohne genaue Aufgabenstellung war für uns anfangs etwas ungewohnt und mühsam, da wir nicht wussten, was genau von uns verlangt wird. Wir sind uns vom Studium gewohnt eine genaue Aufgabenstellung zu erhalten, die zu einem gewissen Zeitpunkt gelöst werden muss. Doch mit der Zeit haben wir uns an diese Umstände gewohnt und hatten grossen Spass Experimente durchzuführen und Prototypen zu entwickeln. Auch wussten wir zu Beginn nicht, was wir mit dem vielen Material auf den Tischen anstellen sollen, doch durch diese Materialvielfalt wurde unsere Fantasie angeregt und wir hät-ten noch etliche Prototypen erstellen können. Das FabLab war für uns ein geeigneter Arbeitsort. Obwohl es im unteren Stock etwas kalt war, existier-ten dort alle Werkzeuge die wir benötigten.

Die Skill Share Sessions wurden von unserer Gruppe mit Begeisterung besucht. Es war schade, dass es Überschneidungen von gewissen interessanten Themen gab und die Verteilung der Studenten auf die einzelnen Sessions sehr unausgeglichen war. Die Meistbesuchten Skill Share Session waren 3D-Druck und Laser Cutting. Grund dafür war sicherlich der, dass diese Verfahren während der Blockwoche häufig verwendet wurden.

Im Team Babos sind wir uns einig, dass dies eine gelungen Blockwoche war. Die Erfahrungen und das neu Gelernte aus der Blockwoche können in den weiteren Studiensemester sicherlich Verwendung fin-den.

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Category:MedTech-DIY