Team Beta-Blocker
Contents
Abstract
Dies ist die Wiki Seite des Teams Beta-Blocker aus der Blockwoche "Medizinprodukt DIY" im Herbst 2021. Die Blockwoche "Medizintechnik DIY" verbindet Anwendungen der Medizintechnik mit Do It Yourself (DIY) Ansätzen. Arbeiten und Lernen in Skill-Share Sessions. Basierend auf verschiedenen elektrophysiologischen Messmodulen (EMG, EKG, EOG, EEG) werden innovative Produktideen entwickelt. Erste Prototypen werden mit den Mitteln der Digitalen Fabrikation hergestellt.
Team
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| Marco Giger | Daniela Gasser | Neroja Baskaran | Hamidullah Ali |
Das Team besteht aus Daniela Gasser, Hamidullah Ali,Marco Giger und Neroja Baskaran. Alle Teammitglieder studieren Medizintechnik an der HSLU in Horw.
Theorie
FabLab
Da das FabLab Luzern an das weltweite FabLab-Netzwerk angeschlossen ist, können BenutzerInnen Konzepte gemeinsam entwickeln und Wissen und Erfahrungen teilen. Meistens wird in einem FabLab auf dem Computer gezeichnet, konstruiert und dann gelasert, gefräst oder 3D gedruckt. Auch gibt es Handwerkzeug, Handmaschinen und viel Platz zum Bauen und Basteln. Um Prototypen mit Sensoren, Motoren oder Licht auszustatten gibt es eine kleine Elektronikabteilung.
3D Drucker
Um ein Objekt zu drucken muss dies zuerst in Digitaler Art vorliegen. dazu kann man entweder bestehende Dateien aus dem Internet verwende wie beispielsweise von thingiverse oder man kreiert seine eigenen Zeichnungen mittels CAD. Mittels einem Slicing Programm wird das File nun vorbereitet und als STL datei dem 3D-Drucker weitergegeben. nun müssen die Druckeinstellungen vorbereitet werden. Der Slicer konvertiert das Modell in eine Reihe von dünnen Schichten und erzeugt eine G-Code Datei mit Anweisungen, die auf einen bestimmten Druckertyp zugeschnitten sind.
Open Source
Open Source geht ursprünglich auf Open Source-Software zurück. Dabei geht es um Code, der der Öffentlichkeit zugänglich ist. Dadurch das Wissen gegenseitig geteilt wird, können viele Projekte auf bereits vorhandene Projekte aufgebaut oder verändert werden. Open Source Software wird dezentral und kollaborativ entwickelt und stützt sich auf Peer-Review und Community-Produktion. Diese Software ist oft günstiger, flexibler und langlebiger als «hauseigene» Produkte.
Lasercutter
Der Laser-Cutter (AKJ-6090) kann auf drei verschiedene Arten bearbeitet werden:
| Schneiden | Ritzen | Gravieren | |
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| Bearbeitungsarten | durchgebrannt | Kerbe | oberflächlich abgetragen |
| Vorlage | Liniendaten | Pixel-Bilder Flächen | Pixel-Bilder Flächen |
Es können verschiedenste Materialien wie Plexiglas, Kunststoffe, Holz…auf dem Laser-Cutter bearbeitet werden. Zuerst braucht man ein Design um etwas auf dem Lasercutter zu bearbeiten. Das Design muss man in RDWorks V8 importieren und als .rd File auf einen USB-Stick speichern. Den USB steckt man am Laser-Cutter (AKJ-6090) und man kann mit dem Lasern beginnen.
Hack 0
In diesem Experiment werden die Aktionspotenziale in den Muskeln am Unterarm gemessen und über eine LED Anzeige und den Arduino Serien Monitor ausgegeben.
Für das Experiment mit dem Muscle SpikerShield, musste zuerst das Board mit den enthaltenen Einzelteilen auf die Platine gelötet werden, dazu verwendeten wir die Anweisungen der Webseite Backyard Brains Anleitung Version 2.11. Leider stellte sich heraus das die LEDs falsch gelötet wurde, die Anoden wurden mit den Kathoden verwechselt. Nach dem erneuten Löten wurde das Muscle SpikerShield auf das Arduino UNO gesteckt und die Hardware war bereit. Von hier an folgten wir die Anweisungen von der Website Backyard Brains Kapital Experiment: Control Machines with your Brain. Bevor das Experiment gestartet werden konnte, musste die Software Arduino IDE installiert werden und der entsprechende Programmcode auf das Arduino geladen werden. Nun wurden zwei Elektroden auf die Haut an der Innenseite des Unterarms geklebt und mit dem Inputanschluss verbunden gemäss Anleitung. Die LEDs zeigen die Muskelkontraktionen an, dabei korreliert die Anzahl der leuchtenden LED mit dem Spannungspotenzial der Muskelkontraktion. Mit dem Potenziometer konnte die Empfindlichkeit noch eingestellt werden.
Bei einem zweiten Versuch wollte wir einen externen Greifer anschliessen und diesen mittels unserer Muskelbewegung steuern. Für das mussten zusätzlich einen Spannungswandler und einen zusätzlichen Anschluss an löten und für den Server eine externe Batterie 9V anschliessen. Durch den Spannungswandler wurden die 9V der Batterie in 5V umgewandelt, welche von der Platine verarbeitet werden können. Trotz Batterie muss der Arduino trotzdem noch mit einer Stromquelle versorgt werden.
Sobald alles lief, konnte der Greifarm angeschlossen und die Elektroden am Arm angebracht werden. Leider funktionierte der erste Greifarm nicht, aber dann der zweite. Durch die Muskelbewegungen wurde ein Signal an den Greifarm gesendet, sodass sich dieser öffnet und schliesst. Leider schloss sich der Greifarm nicht vollständig. Eine Erklärung dafür wäre, dass der Motor nicht eine genug grossen Radius an Drehung schaffte, um die Zahnräder vollständig zu drehen.
Hack 1
Materialien
- 2 Arduino
- 2 Muscle SpikerBox + Elektroden
- 9 volt Batterie
- 2 Servomotoren (Kontinuierlich)
- 2 Räder
- 1 360 grad Rad
- Mehrere Verbindungskabel
Der erste Hack unserer Gruppe war ein Auto zu entwickeln, welches mittels der Muskelbewegung gesteuert werden kann.
Für einen ersten Prototypen wurden eine reckteckige und Platte und mehrere Räder lasergecuttet. Um die Räder wurden Gummis angebracht, sodass das Rad einen besseren Grip zum Boden hat. Die Räder wurden über ein Verbindungsteil mit dem Heissleim an die Servo-Motoren angebracht. Die Servo-Motoren wurden wieder um an die Holzplatte, welches das Auto simulieren sollte, angeleimt. Vorne wurde ein einzelnes Rad angeklebt.
Die Verkabelung gestaltete sich etwas schwieriger. Leider konnten wir die zwei Platinen nicht gleichzeitig mit einem Arduino verbinden und mussten somit auf zwei Arduinos und zwei Computer ausweichen, was die ganze Sache Material aufwändiger machte. Wir konnten aus dem Hack 0 einige Materialien übernehmen, wie auch den Code zum Servo-Motor ansteuern.
Wenn alles korrekt verkabelt und angeschlossen ist, muss man seine Muskeln zur Kontraktion bringen und das Signal bringt über den Mikrocontroller das "Auto" zum laufen.
Hack 2 Patientector
Problem:
In Spitälern dürfen einige Patienten das Bett nicht verlassen. Falls die Patienten doch das Bett verlassen, wird momentan mit Hilfe einer Trittmatte vor dem Bett detektiert, ob der Patient das Bett verlässt. Doch leider sind manche Patienten auf dem Boden gefallen oder sind zu weit gelaufen bevor die Krankenschwester die Alarme erhalten(Abbildung :Aufstehenschritten Schritt 4). Dies ist kritisch für Patienten.
Lösung:
Eine optimale Lösung wäre ein Gerät (Patientector), das die Bewegungen von Patienten gerade vor dem Verlassen des Bettes detektiert und die Zentrale informiert (Abbildung Aufstehenschritten Schritte 2 und 3). Dafür wird eine Lichtquelle am Bett des Patienten angebracht und ein LDR (Fotowiderstand) auf der anderen Seite des Bettes. Falls der Patient aufsteht, blockiert er das Lichtsignal und LDR detektiert dies und meldet dies an die Zentrale weiter, indem es entweder eine akustische Warnung oder LED angibt. Vorteile von Patientector ist, es ist portable, viel leichter als eine Matratze und einfach zu montieren.
Materialien:
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| Entwicklerboard | LDR | LED | Widerstand 10k Ohm | Widerstand 220 Ohm | Arduino | Lausprecher | Verbindungskabeln |
Verfahren, um Patientector herzustellen:
- Kontrollieren, ob Arduino funktioniert mit der Funktion Blink, in dem man unter File--> Examples-->Basics -->Blink
- Gemäss Anleitungen von [Webseite https://create.arduino.cc/projecthub/tarantula3/using-an-ldr-sensor-with-arduino-807b1c] die Steckbrückenkabel zwischen Arduino und Entwicklerboard verbindet.
- Lautsprecher am pin 3 und GND(*Ground) von Arduino verbinden.
- Den Programm-code auf das Arduino laden. (Falls dies nicht funktioniert, kontrollieren ob das richtige COM-PORT UND Arduino Version ausgewählt wurde.
- Die Kommentare neben Programmcodes beachten und die Werte gemäss Bedarf ändern.
Programmcode:
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const int ledPin = 12; /* write the pin number of the arduino, where the LED is placed */ const int ldrPin = A0;/* write the pin number of the arduino, where the LDR is placed */ void setup() { Serial.begin(9600); pinMode(ledPin, OUTPUT); /* only OUTPUT AND INPUT(below line) NAMES CAN BE CHANGED */ pinMode(ldrPin, INPUT); } void loop() { int ldrStatus = analogRead(ldrPin); if (ldrStatus >= 800) { /* change the value on the right to adjust the sensetivity to light. test with smaller and bigger value then 800 */ digitalWrite(ledPin,LOW);/* replacing LOW to HIGH affects the response of the LDR to light. when it is LOW the LDR turns on LED and loud speaker, once the light can not reach the LDR. opposite happens if LOW is replaced with HIGH and HIGH(BELOW) IS REPLACED WITH LOW */ Serial.print("Its DARK, Turn ON the LED, CRITICAL!: ");
} else { digitalWrite(ledPin, HIGH); Serial.print("Its BRIGHT, Turn OFF the LED,NORMAL! "); Serial.println(ldrStatus); Serial.println(ldrStatus); tone(3, 3000); /* tone(pin number, frequency). frequency range and pin number can be changed */ tone(3, 3000, 500);/* tone(pin number, frequency, duration). frequency range, pin number and duration can be changed. change in frquency and duration can change the tone as well*/ } }
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Wochenjournal
Montag
Zu Beginn gab es eine Einführung in das FabLab. Nach einer Vorstellungsrunde wurden Gruppen gebildet und die Teams starteten mit dem Hack 0. Im Hack 0 geht es um einen «Muscle Spiker Shield» welches zuerst zusammengebaut und gelötet werden muss. Dabei wurde die Platte mit Kondensatoren, LED, Widerständen, Stecker und IC bestückt. Als Vorlage diente eine Anleitung von Backyard Brains.
Am Nachmittag hielt Urs Gaudenz ein Referat über Hacketeria anschliessend lernten wir wie man eine Wiki Seite erstellt und bearbeitet.
Dienstag
Am Morgen wurde die Platine noch fertig gelötet und parallel dazu erste Tests mit dem Arduino gemacht. Dann wurde die Platine auf den Arduino gesteckt und das System funktionierte/blinkte. Der erste Versuch war, ob es die Muskelbewegung detektiert. Es musste ein bisschen mit der Sensitivität gespielt werden, um ein interpretierbares Ergebnis zu erhalten. Für einen zweiten Versuch mussten noch weitere Komponenten an die Platine gelötet werden. Somit konnte eine Batterie angeschlossen werden, welche den Servor Motor zusätzlich versorgt. Wir haben vom FabLab ein Greifarm bekommen und konnten den anschliessen und mittels der Muskelkontraktion bewegen. Am Abend gab es noch ein Input.
Mittwoch
Am Morgen gab es die Skillsshare Sitzungen. Die Gruppe besuchte verschiedene Workshops wie Ton formen, Zahnspange herstellen, Arduino Programmieren etc. besucht. Die Gruppe selber hat das Schweissen angeboten. Marco hat verschiedene Schweissarten wie auch Hartlöten vorgestellt. Am Nachmittag begannen wir mit dem Hack 1, unsere erste Idee umzusetzen.
Donnerstag
Zuerst wurde der Hack 1 so weit wie möglich fertiggestellt. dabei hatten wir noch Schwierigkeiten den Hack stabil zum fahren zu bringen und mit den Muskelbewegungen zu steuern. Kurz vor Mittag wurden von allen Gruppen ihr Hack 1 vorgestellt. Am Nachmittag begannen wir mit dem Hack 2 und kamen gut voran.
Inputs
Urs Gaudenz
Urs Gaudenz war unser erster Besucher in der Diy Woche. Er beeindruckt uns zu erst mit seinem Lebenslauf und Errungenschaften aus seinem Leben. Weiter erzählte er uns von seiner Leiderschaft Do It Yourself und Open Source. Bei beiden Systemen geht es darum sein Wissen (kostenlos) mit anderen zu teilen und sich gegenseitig bei Projekten zu unterstützen.
Andreas Kopp
Andreas Kopp aus München ist extra nach Luzern gereist, um zwei Tage mit uns zu verbringen. Er ist selber begeisterter Tüftler und DIY-Profi. Er gab uns die Einführung ins 3D-Drucken. Zuerst zeigte er uns die Webseiten, wo man schon fertige Designs drucken kann. Es gibt eine riesen Vielfalt. Die Gruppe hat sich dann gemeinsam entschieden ein Hirn zu drucken. Die Datei gilt dann auf die 3D-Drucker zu übertragen. Er zeigte uns weiter wie man dann die 3D-Drucker richtig einstellt, sodass man mit dem Drucken beginnen kann. In unserem Fall war es das Gehirn. Andreas blieb auch nach seinem Input im FabLab und stand den Studenten mit Rat und Tat zur Seite und erzählte von seinen Erfahrungen. Wir danken Andreas Kopp für die zwei spannenden Tage mit ihm.
Chris Obrist
Chris ist der FabLab Luzern Profi. Bei seinem Input erklärte er uns die Lasercut Maschine und wie wir selbstständig etwas ausschneiden können. Wir begannen mit der Materialauswahl und was dabei zu beachten ist. Weiter dazu, die entsprechenden Einstellungen, wie man etwas schneidet, schraffiert, anritzt etc. Um das ganze auch vorzustellen, hat er uns gezeigt wie man eine Box mit verschiedenen Schraffierungen druckt. So konnten gerade die verschiedenen Einstellungen gezeigt werden. Chris ist selber noch ein DIYer und hat uns seine Musikbox gezeigt, mit welchen man Musik per Luft «senden» kann.
Ewen Chardronnet
Ewen Chadronnet ist Künstler und Journalist für art4medu.eu. Mit seiner Präsentation gab er uns Einblick in die Schnittstelle zwischen Kunst und Wissenschaft, vor allem Medizintechnik/Naturwissenschaften. Er hat uns das Projekt UNBORNoX9 näher gebracht, welches einem zum Nachdenken angeregt hat, ob es irgendmal möglich ist, Menschen ausserhalb des Mutterleibs zu entwickeln. Weitere Projekte waren: Quorum Sensing: Skin Flora Singal System und Marine biology.
Schweissen
Es wurden folgende Themen vorgestellt:
- Schweissen einführung
- Autogenschweissen und Flammrichten
- Elektrodenschweissen
- WIG/TIG Schweissen
- MAG-Schweissen
- Hartlöte
Kurzzusammenfassung der Themen
Schweissen Einführung
Durch das Schweissen entstehen unlösbare Verbindungen von Bauteilung unter Wärme und/oder Druck. Dazu müssen die zu verbindenden Bauteile sehr ähnliche Materialeigenschaften aufweisen. Vorteile des Schweissens ist die hohe Festigkeit und gute Leitfähigkeit der verbundenen Materialien. Je nach zu schweissenden Materialien muss unterschiedlich vorgegangen werden und das ideale Schweissverfahren gewählt werden. Titan und Edelstahl muss zusätzlich gut vor der umgebungsluft beim schweissen abgeschirmt werden. Dies geschieht beispielsweise mittels Schutzgas.
Autogenschweissen und Flammrichten
Beim Autogenschweissen wird über die Verbrennung von Acetylen das zu schweissende Material aufgeschmolzen. Autogenanlagen sind sehr vielfältig einsetzbar. nebst dem Schweissen kann man mit der Autogenanlagen noch Brennschneiden und Flammrichten. zum schweissen eignen sich nur Materialen welche nicht empfindlich mit der Umgebung reagieren. Beispielsweisse kann mit Autogen nicht Titan, Edelstähle und Aluminium geschweisst werden.
Elektrodenschweissen
Beim Elektrodenschweissen wird das Schmelzbad durch einen Lichtbogen erzeugt. dabei wird der Zusatzdraht als Elektroden verwendet und die Beschichtung der Elektrode schirmt die Schweissstelle vor Oxidation mit Sauerstoff ab. Das Schweissverfahren ist günstig in der Anschaffung und leicht zu handhaben. es werden keine Gasflaschen benötigt.
WIG/TIG Schweissen
Beim WIG-Schweissen entsteht der Lichtbogen über eine nicht abschmelzende Wolframelektrode. Das Zusatzmaterial wird in Form eines Schweissdrahtes von Hand selbst hinzugefügt. Das Schutzgas wird über die Elektrode freigesetzt und schirmt so das Schweissbad ab. Durch die gute Abschirmung ist es möglich extrem hochwertige Schweissnähte zu schweissen und selbst heikle Materialien wie Edelstähle mit Formieren zu schweissen und gute Resultate erzielen.
MAG-Schweissen
Das MAG-Schweissen funktioniert ähndlich wie das WIG-Schweissen. der unterschied besteht darin, dass die Elektrode aus dem Fülldraht besteht und Automatisiert nachgegeben wird. Dadurch erzielen sich sehr schnelle Schweissgeschwindigkeiten. Je nach Material wird Aktives oder Passives Schutzgas verwendet
Hartlöte
Beim Hartlöten werden zwei Materialien mittels einem Lot miteinander Verbunden. dabei wird nur das Lot, nicht aber die zu verbindenden Bauteile aufgeschmolzen. Der unterschied zwischen Hartlöten und Weichlöten ist die Temperatur. Alles über 450C bezeichnet man als Hartlöten. Vor dem Löten muss die Lötstelle geputzt und rau angeschliffen werden. die erhöt die Oberfläche und ermöglicht ein tiefes eindringen des Lotes in das Material. zusätzlich wird ein Flussmittel aufgetragen. dies verhindert das Oxidieren der Lötstelle. das Spaltmass der zu verbindenden Objekten soll im Idealfall 0.05-0.2mm betragen. Dadurch kann sich das Erhitzte Lot mit Hilfe der Kapillarwirkung gut verteilen.
Da keine Schweissanlage vor Ort zur Verfügung stand, konnte der Kurs leider nur Theoretisch durchgesetzt werden. Weitere Informationen sind aus der Powerpoint Präsentation Schweissen zu entnehmen. Andy war vom Schweisskurs sehr begeistert und stellte jede menge interessante Fragen, da Andy erst gerade kürzlich eine Schweissanlage gekauft hat.
File:presentation schweissen.pptx
Weiteres
Zusammenfassung Lektüren
Biotechnologische Forschung findet heute nicht nur in spezialisierten Labors statt. Eine wachsende Gemeinschaft von Biologen, Bastlern und Technikbegeisterten experimentieren in Küchen und Werkstätten. Einige sehen in der Demokratisierung der Biotechnologie eine Gefahr; andere die Chance für ein besseres Verständnis von komplexen wissenschaftlichen Zusammenhängen in der Gesellschaft. In Boston machten 2008 einige Technik-Freaks zum Ziel, die biotechnologische Forschung aus den Institutionen in die eigene Garage und Küche zu holen. Seither entstanden in Europa, USA und Asien viele Garagenlabors mit Waagen, Mixer, Kühlschränken und Inkubatoren, welche man über das Internet günstig zusammenkaufen kann. Teils werden die Labors auch gleich mit selbstgebauten Bioanalytik-Geräten bestückt. Mehrere parallele Entwicklungen haben zum Aufschwung der DIY-Biotechnologie geführt: Die technischen Komponenten für die Entwicklung von eigenen Geräten wurden billig, somit konnte auch ein Laue solche Komponente erwerben. Mit viel Kreativität bauen DIY-Biologen aus Einzelkomponenten neue Labormaterialien wie Mikroskope.
Abschlusspräsentation Powerpoint (PDF)
Die Abschlusspräsentation ist unter folgendem Link verfügbar:
