Team Compañeros

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Medizintechnik DIY

Das Modul verbindet Anwendungen der Medizintechnik mit Do It Yourself (DIY) Ansätzen. Es wird viel Freiheit zum Experimentieren und Ausprobieren gelassen. In Skill-Share Sessions findet ein Austausch statt und es wird gelernt. Studierende entscheiden selbst an welchen kreativen Projekten sie in Teams arbeiten wollen. Dadurch wird das tiefere Verständnis von Medizintechnischen Geräten durch einen interdisziplinären und selbstgesteuerten Zugang gefördert. Es findet eine Einführung ins FabLab, Lasercutter, 3D Druck und Elektronik statt. Basierend auf verschiedenen elektrophysiologischen Messmodulen (EMG, EKG, EOG, EEG) entwickeln die Studierenden im Team innovative Produktideen. Erste Prototypen werden mit den Mitteln der Digitalen Fabrikation hergestellt und getestet.


Mitglieder des Teams Compañeros

Image0.jpg

Mitglieder:

  • Lüscher, Amanda
  • Steiger, David
  • Cortez, Manuel

Lüscher, Amanda

Medizintechnikstudentin, 24, letztes Semester

Amanda hat nach der gymansialen Maturität ein Studium in Medizintechnik angestrebt. Im ersten Semester hat sie parallel dazu ein Praktikum im Luzerner Kantonsspital absolviert. Sehr gerne vertreibt sie ihre Freizeit beim spörtlen, in der Natur oder beim Backen, und das alles am liebsten zusammen mit Freunden.

Steiger, David

Medizintechnikstudent, 27, letztes Semsester

David absolvierte eine Lehre als Elektroniker bei der Medizintechnik Firma Schiller AG in Baar, bevor er sich dafür entschied Medizintechnik an der Hochschule Luzern zu studieren. In seiner Freizeit treibt er gerne Sport und ist im Kraftraum oder auch auf der Joggingstrecke aufzufinden. Weiter interessiert er sich sehr für Geschichte und Politik und ist über das Weltgeschehen immer bestens informiert.

Cortez, Manuel

Maschinentechnikstudent, 28, letztes Semester

Manuel absolvierte vorerst eine Lehre als Elektriker, bevor er sich dafür entschied Maschinentechnik an der Hochschule Luzern zu studieren. Wenn er nicht gerade damit beschäftigt ist für die Schule zu pauken kann man ihn in den Bergen beim Wandern, oder im See beim schwimmen antreffen. Er ist ein geselliger Zeitgenosse der gerne einmal auf Reisen seine Perspektiven und Ansichten erweitert.

Wochenplan & Einrichtung Homelabs

Da die Blockwoche während der Coronazeit stattfand, sieht der Stundenplan etwas ungewöhnlich kompliziert aus.

Wochenplan.png

Grün Hybrid: Alle Teilnehmer sind in der Video Konferenz, 2 Teams vor Ort, 2 Teams vom HomeLab

Blau HomeLab: Ihr arbeitet Individuel vom HomeLab und sind im virtuellen 2D-FabLab

Orange FabLab: 2 Teams sind for Ort und wenn möglich auch im virtuellen 2D-FabLab

Hier sind zwei Beispiele, wie wir uns in unserem Homelab eingerichtet haben:

HomeLab Amanda.jpg HomeLab Dave.jpg

Einführungen

OpenSource

In der FabLab-Welt wird mit Open Source gearbeitet. Open Source bedeutet, dass der Aufbau einer bestimmten Arbeit offengelegt und frei für alle zur Verfügung ist. Die Vorteile sind der Zugriff auf Quellen, freie Ergänzungen, Veränderungen und wieder teilbare Dokumente sowie stärkere Zusammenarbeit. Unserer Meinung nach gibt es noch weitere entscheidende Vorteile. Da es nicht kommerziell ist und sich jeder das Wissen aneignen kann, können auch finanziell schlechter gestellte Menschen Zugriff darauf bekommen. Ausserdem kommt es zu einer viel schnelleren Entwicklung und mehr Fortschritt.

FabLab

Das Wort Fablab steht eigentlich für Fabrikationslabor. Das Konzept ist einfach. Überall auf der Welt gibt es Fablabs. Sie sind ausgestattet mit Maschinen und sind für jedermann und jedefrau zugänglich. So können schnell und einfach innovative Ideen umgesetzt werden und Prototypen entstehen! Im weltweiten Netzwerk werden Idee, Erfahrungen und Fragen ausgetauscht.

Lasercutter

Im Fablab Luzern steht ein AKJ-6090 Laser von Acctek. Beim Lasern werden Platten aus verschiedenen Materialien wie Holz, Karton, Plexiglas, Kunststoff, Leder und Stoffe mit einem Hochleistungslaser durchtrennt oder eingeritzt respektive graviert. Dabei können beliebige Formen und Geometrien gelasert werden. Der Laser arbeitet viel schneller als der 3D-Drucker, dafür einfach im 2D Bereich. Er eignet sich super für die Herstellung von Prototypen. Über ein Zeichnungsprogramm kann die Datei via Stick an den Laser übermittelt werden.

Unserer Gruppe gefiel, dass wir früh über den vorhandenen Laser und dessen Möglichkeiten eingeführt wurden. Wir bekamen die Einführung nach der Einführung des 3D-Druckers und somit beeindruckte uns die Geschwindigkeit umso mehr.

3D-Drucker

Im FabLab Luzern stehen 4 Ultimaker 3D-Drucker. Der Drucker funktioniert ganz einfach. Ein CAD-File der zu druckenden Teils wird auf die Speicherkarte geladen. Der PLA-Kunststoff auf einer Rolle wird einfädelt und an der Spitze auf ca. 220° C erhitzt. Ein Roboter fährt Punktgenau über die Oberfläche und druckt mit dem flüssigen Kunststoff Schicht für Schicht. Sobald der Kunststoff abkühlt wird er wieder hart und ein fertiges Objekt entsteht. Es ist zu beachten, dass Überlappungen oder Hinterschnitte nicht möglich sind oder man muss das Objekt drehen, sodass es zum Beispiel auf dem Kopf gedruckt wird. Ein 3D Drucker aus der Nähe zu sehen und auch herauszufinden, was machbar ist und was eher nicht, motivierte uns, von diesem tollen Gerät auch Gebrauch zu machen. Etwas enttäuscht sind wir von der Geschwindigkeit. Es ist uns natürlich bewusst, dass es ein momentan nicht änderbarer Faktor ist, aber das ist vielleicht auch ein Grund, nicht zu einem 3D-Drucker zu greifen.

HACKS

Hack 0.0 - Wie schnelles Blinken kann das menschliche Auge noch erkennen?

Ziel

In diesem Versuch ging es zunächst darum, sich mit einem Mikrokontroller vertraut zu machen. Hierfür lud jeder Teilnehmer ein Skript auf das Arduinoprogramm, mit welchem man eine einfache LED zum Blinken bringen kann. Diese Einführung eignete sich für einen ersten Versuch. Wir wollten herausfinden bei welchen Frequenzen das Licht der LED nicht mehr als Blinken sondern als konstantes Leuchten wahrgenommen wird.

Material

  • 1x Arduino Uno
  • 1x Led
  • 1x 1k Ohm Wiederstand
  • 1x Anschluss Material

Vorgehen

Das Arduino Uno bietet eine umfangreiche Sammlung an Beispiel-Codes, welche im Register File gefunden werden können. In den jeweiligen Ordnern luden wir dann das Skript Blink runter. Dieser Code musste nur minimal verändert werden. Hierfür änderten wir die Variable LED_BUILTIN zu 13, was standardmässig dem digitalen Ausgang (Nr.13) beim Board bedeutet. Durch Anpassung der Verzugszeiten konnten wir die Periodendauer anpassen.

// the setup function runs once when you press reset or power the board
void setup() {
  // initialize digital pin LED_BUILTIN as an output.
  pinMode(LED_BUILTIN, OUTPUT);
}

// the loop function runs over and over again forever
void loop() {
  digitalWrite(LED_BUILTIN, HIGH);   // turn the LED on (HIGH is the voltage level)
  delay(1000);                       // wait for a second
  digitalWrite(LED_BUILTIN, LOW);    // turn the LED off by making the voltage LOW
  delay(1000);                       // wait for a second
             }

LED AN AUS2.jpg

Resultat

Wir sind zum Schluss gekommen, dass bei einer Delayzeit von ca. 10ms kein Blinken mehr wahrgenommen werden kann. Dies Entspricht einer Periodendauer von 20ms und somit einer Frequenz von 50 Hz.

Hack 0.1 - Muscle SpikerShield

Ziel

Für die Messung von körpereigenen Signalen benötigten wir ein zusätzliches Tool. Dieses wurde uns in Form eines weiteren Boards zur Verfügung gestellt. Das Muscle SpikerShield ist ein DIY Baukit, welches kommerziell auf der Webseite https://backyardbrains.com/products erhältlich ist. Auf Basis dieses Kits wollten wir die restlichen Hacks aufbauen.

Material

  • 1x Lötkolben
  • 1x Lötzinn
  • 1x Muscle SpikerShield Kit
  • 1x Seitenschneider

Vorgehen

Bitte beachte hierfür die Herstellerangaben auf https://backyardbrains.com/products/files/MuscleSpikerShield.v.2.11.BuildingInstructions.pdf

Resultat

Schlussendlich hatten wir drei funktionierende Kits. Das Problem war, dass bei zwei Kits die Beinchen für die Verbindung zum Arduino Board abgeschnitten wurden. Aus diesem Grund konnte nur ein Board für die weiteren Experimente ohne weiteren Aufwand verwendet werden.

Hack 1.0 - Muskelkontraktionen darstellen

Ziel

Mit diesem Versuch wollten wir herausfinden, ob das Shield ordentlich verlötet worden ist und auch sonst keine Fehler aufweist. Die Messung von Körperströmen stellt die Grundlage für die weiteren Versuchen dar und musste daher überprüft werden.

Material

  • 3x EKG Elektroden
  • 1x Anschluss Kabel Cinch Ausgang und Krokodilklemmen Anschluss (3-polig)
  • 1x Muscle SpikerShield

Vorgehen

Das zusammengelötete Muscle SpikerShield wird mit dem Arduino verkabelt. Beim Output wird ein Lautsprecher eingesteckt. Zwei Elektroden werden entlang des Unterarmmuskels angebracht und eine Elektrode auf dem Handrücken (siehe Bild unten). Folgende Software wird auf dem Arduino installiert. Der Arm kann dann angespannt und wieder entspannt werden. Bei einer Anspannung leuchten jeweils die LED-Lämpchen auf dem Board und der Lautsprecher gibt ein kurzes Knistern vor sich.

Elektroden Unterarm.jpg

Resultate

Die angeschlossene Person konnte relativ schnell entscheiden, ob die widergegebenen Signale mit seinen Anstrengungen übereinstimmten. Interessanterweise mussten diverse Ladekabel von herumstehenden Laptops vorgängig ausgezogen werden, das das Signal nicht gestört wurde. Schlussendlich waren wir beeindruckt, wie gut die Signale widergeben wurden und entschieden uns auf dieser Basis weiter zu arbeiten.

Hack 1.1 - Herzschlag mit LED & Ton darstellen

Ziel

In einer internen Teamsitzung besprochen wir die Durchführbarkeit einer Messung. Wir waren uns zunächst uneinig, ob es möglich ist, mit dem Muscle SpikerShield den Puls beim Brustkorb zu messen und entsprechend wider zu geben. Das wollten wir herausfinden.

Material

  • 3x EKG Elektroden
  • 1x Muscle SpikerShield
  • 1x Lautsprecher

Vorgehen

Die drei Elektroden werden auf dem Brustkorb wie ein EKG mit 3 Ableitungen angebracht; also je eine Elektrode direkt unter und über der linken Brust und eine Elektrode auf der gleichen Höhe wie die obere Elektrode aber auf der rechten Brust. Für die Programmierung konnte wieder denselben Code wie bei Hack 1.1 verwenden.

Resultat

Wir hatten sofort ein Signal und dieses schien einen plausiblen Rhythmus zu haben. Dieselbe Software kann also auch für das Herz verwendet werden und nicht nur für Muskelanspannungen, wobei der Herzschlag ja auch eine Muskelkontraktion ist. Mit dem Puls zählen (wir kamen auf etwa 72Schläge/min) konnten wir das Ticken des Lautsprechers bestätigen.

Hack 2.0 - Lungenunterstützer

Ziel

Die Situation während der Covid-19 Pandemie bewegte die ganze Welt. Während in den meisten hochentwickelten Ländern relativ schnell Massnahmen ergriffen worden sind, wurde die Situation in diversen Teilen der Welt nicht sehr ernst genommen. Die Folgen für solche Fehlentscheidungen können tragisch sein und betreffen vor allem die ärmere Bevölkerung. Gefährlich ist das Virus vor allem dann, wenn es in die Lungen gelangt, weil es da zu einer Lungenentzündung kommen kann. Diese führt dann zur Einlagerung von Flüssigkeit im Lungengewebe, was zu akuter Atemnot führen kann. Um die Patienten mit akuten Atembeschwerden mit genügend Sauerstoff zu versorgen, werden heutzutage in der Praxis oftmals teure Beatmungsgeräte eingesetzt. Unter anderem befinden sich bei diversen Betten auch Beatmungsbeutel für den Notfall. Die Beatmungsbeutel müssen von Hand komprimiert werden. Viele Menschen auf der Welt haben diesen Zugang jedoch nicht und genau da kann man mit DIY Tools etwas bewirken.

Hack1-a.jpg

In der kurzen Zeit von einer Woche kann man keine fertigen Konzepte für komplexe Problemstellungen erarbeiten. Wir haben jedoch versucht, das Problem mit der Beatmung aus einem Kostenaspekt anzugehen. Wir haben somit ein DIY Konzept erstellt, welches mithilfe eines Arduino Unos und einem sogenannten Muscle Shield in der Lage ist, über gemessene Hirnströme einen Servomotor zu steuern. Wir hoffen, dass in Zukunft vielleicht weitere Teams Interesse an diesem Vorhaben zeigen und es vielleicht sogar weiterentwickeln werden.

Material

  • 3x Elektroden
  • 1x Muscle SpikerShield
  • 1x Arduino Uno
  • 1x Servomotor
  • 1x Strom Buchse
  • 1x Mosfet Transistor
  • 3x Anschluss Stifte
  • 1x Lötkolben plus Zinn

Vorgehen

Es werden nach dem Prinzip von Hack0 Elektroden am Arm befestigt, welche die Signale an das Muscle Shield weiterleiten. Weiter mussten wir das Muscle SpikerShield etwas modifizieren. Für den Betrieb von einem Servomotor mussten zusätzlich eine weitere Strombuchse, ein Mosfet Transistor und 3 Pins für die Steckverbindung angelötet werden. Den Basiscode ist hier [1] auffindbar. Die Parameter analogReadings und emgSaturationValue müssen im Code für den Servo angepasst werden. Damit kann man dann eine grössere Winkelbandbreite verwenden.


Hack 1 Lungenunterstützer, Klicken für Video

Hack1-b.JPG

Resultate

Nach einigen Einstellungen der Parameter für den Servomotor funktionierte der Aufbau zufriedenstellend genug. Wir haben festgestellt, dass jedoch nicht die gesamte Winkelbreite zur Verfügung stand. Wir versuchten diese so gut wie möglich zu beheben. Wir konnten mit dieser Arbeit aufzeigen, dass man unter Umständen mit einfachen Mitteln ein erstes Funktionsmuster für dieses Vorhaben erstellen kann.

Hack 2.1 - Verbandaufroller - nur Idee

Ziel

Die Idee ist, mit einem Gleichstrommotor den Aufroller anzusteuern, sodass dann per Knopfdruck ein Verband automatisch aufgerollt werden kann.

Material

  • 1x Lötkolben
  • 1x Lötzinn
  • 1x Seitenschneider
  • 1x Verband Roller (3d Druckteil)
  • 1x DC Motor
  • 1x Verdrahtungsmaterial

Vorgehen

Mit dem 3D-Drucker wurde zunächst ein Zylinder gedruckt, welcher für die Halterung der Rolle zuständig ist. Weiter muss man noch eine Aufhängung konzipieren, welche wir aus Zeitgründen nicht mehr erstellt haben. Der DC Motor kann dann mit einem digitalen Ausgang des Arduinos angesteuert werden. Der Zylinder wird über eine Kupplung mit dem Motor verbunden.

Verbandaufroller.jpg

Code

void setup()

{

pinMode(13, OUTPUT); // Pin 13 soll ein Ausgang sein

}

void loop() // Wird vom Arduino immer wiederholt

{

digitalWrite(13, HIGH); // Schaltet Pin 13 und damit den Motor ein 

}

Resultate

Die Resultate für diesen Versuch stehen noch offen, aufgrund fehlender Aufhängung. Es wäre toll, wenn insbesondere bei der Hardware weitergearbeitet werden könnte. Wir stellen uns auch vor, einen An/Aus Knopf einzubauen, sodass per Knopfdruck der Verband auf- oder abgerollt werden kann.

Share night

Eigene Skills - Origami

siehe dir dazu unsere Wikiseite an: Team Compañeros - Skillshare Origami

Besuchte Share nights

Fixleintuch falten

Im Workshop Fixleintuch falten wurde uns eine super Methode beigebracht, sodass wir das Fixleintuch künftig nicht zusammengeknüllt irgendwie in den Schrank räumen, sondern sauber gefaltet und ohne dass es auseinander fällt. Es hat Spass gemacht, online mit der Kamera einander gegenseitig zu helfen. Endlich müssen ein paar Nervenfasern weniger strapaziert werden und wir brauchen etwas weniger Zeit bei einer Hausarbeitstätigkeit.

Autonomes Nervensystem und das Hören in der Medizin

Bei Christian lernten wird verschiedene Töne von inneren Organen kennen und wie man sie einfach mit einem gefüllten Latexhandschuh, einem Pfannendeckel, einem Tuch etc. imitieren kann. Er zeigte uns zum Beispiel ein Gluggern, was man bei der Lunge hören kann, welches dann auf Wasser auf der Lunge hindeutet. Super spannend solche verschiedene Töne einfach darzustellen und zu hören! Siehe dazu sein Wiki: MedTechDIY20 Autonomes Nervensystem und das Hören in der Medizin

Schach

In diesem Workshop wurden unter anderem die Grundlagen des Schachspielens genauer betrachtet. Als Demo verwendeten sie hierfür ein Onlinetool (siehe chess.com). Interessanter wurde es, nachdem sie uns erste taktische Züge beibrachten, so wie der Schutz des Königs mithilfe einer sogenannten Rochade. Für alle Interessierten ist hier ein Link ([2]), welcher zur Skillshare-Seite führt.

Reflexion der Woche

Die Woche Medizintechnik DIY hat uns sehr gefallen. Es ist toll, dass man einfach mal ein bisschen experimentieren und von anderen lernen kann. Zusätzlich finden wir spannend, was für verschiedene Welten aufeinandertreffen, um dann interdisziplinär miteinander zu hacken. Die ShareNight hat uns gezeigt, dass es schön ist, Wissen weiter zu geben und mal von etwas zu lernen, dass wir gar nicht kennen. Dies wollen wir auch in unserem Leben nebst dem Studium vermehrt anwenden und merken, dass es nicht immer um finanziellen Erfolg und Prestige geht, Stichwort Open Source. Das Kreieren der Wikiseite hat unser Wissen erweitert, auf jeden Fall bei denen, die es noch nicht kannten. Wir haben gelernt, was ein Fablab ist und die Idee dahinter fasziniert uns. Wer weiss, vielleicht besuchen wir mal ein Fablab in Italien, Polen oder Canada? Die Inputs zwischen den Hackzeiten waren sehr spannend und lehrreich! Wir hätten noch stundenlang zuhören können. Leider ist da der Konflikt mit der Zeit, denn durch die vielen Inputs blieb fast ein wenig knapp Zeit für die Hacks. So im Nachhinein muss unsere Gruppe auch eingestehen, dass wir uns zu wenig von anderen Gruppen (der letzten Jahre) haben inspirieren lassen und auf den Ideen aufgebaut haben, was ja eigentlich genau die Idee des Open Source ist. Wir sind da vielleicht ein bisschen zu sehr unseren eigenen Weg gegangen. Schwierig fanden wir auch, Corona bedingt, teilweise getrennt voneinander zu arbeiten. Obwohl wir viel Material nach Hause nehmen durften, fehlte viel Kleinmaterial wie genug Karton, Schrauben, Dioden, etc. So mussten wir improvisieren und vor allem die Zeit im Fablab gut nutzen.

Hier könnt ihr noch die Powerpoint unserer Abschlusspräsentation anschauen: File:Schlusspräsentation2.0.pptx