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Abschlussbericht des Forschungsfreisemester im Sommersemester 2023

Dieser Bericht liefert eine kompakte Übersicht meines Forschungsfreisemesters im Zeitraum 01.02.2023 bis 31.08.2023 an der Univertisät Tampere.

Der angegebene Zeitraum wurden für verschiedene Tätigkeiten genutzt:

1. Teilnahme an der Konferenz „Eyes on TAMK“
2. Entwicklung einer Elektronik für EEG/EKG Sensoren
3. Einarbeitung in neue Werkzeuge für die Lehre der Elektronik
4. Erstellung von ILIAS Übungen

Teilnahme an der Konferenz "Eyes on TAMK"

Um in Austausch mit der Tampere University of Applied Sciences (TAMK) und ihres Netzwerks zu treten, habe ich an der Konferenz Eyes on TAMK im Zeitraum vom 20.03.2023 bis 24.03.2023 teilgenommen. Im Folgenden soll auf einige der gehörten Vorträge eingegangen werden.

Wissenschaft

Entwicklung einer Elektronik für EEG/EKG Sensoren

Im Rahmen des Forschungsssmesters habe ich in der Gruppe von Johannna Virkki an der Tampere University TAU mitgearbeitet. Ihrer Gruppe versucht durch intelligente Kleidung bzw. smart clothing den Alltag von Personengruppen, wie ältere Menschen zu verbessern. Die verwendeten Technologien sind unter anderem RFID (siehe RoboRFID), textile Elektroden und Messung elektrischer Ströme des menschlichen Körpers, z.B. EEG und EKG.

Im Feld Messung der elektrischen Körperströme habe ich an der Entwicklung einer kompakten Auswerteelektronik für Elektroden mitgearbeitet. Als Elektroden werden bisher nasse Elektroden genutzt, bei welchen sich ein Silber-Chlorid-Gel zwischen Haut und Elektrode befindet. Eine Fragstellung war, ob es möglich ist die Elektronik mit der trockenen Elektrode zu kombinieren, um den Tragekomfort zu erhöhen.

Zu Beginn wurde eine vorhandene Hardware aus dem Consumerbereich in Betrieb genommen. Das EEG CLICK von microE wurde dazu über einen Arduino ausgewertet.

Anschließend wurden verschiedene Operationsverstärkerschaltungen mittels SPICE Simulationen getestet. Dazu wurde ein vereinfachtes Körper-Modell und die Einstrahlung von Störungen zu Grunde gelegt. Aus den simulierten Schaltungen wurden Platinenlayouts entwickelt. Da in der Anwendung Ströme im Picoampere-Bereich gemessen werden sollen, wurden einige

Durch das Projekt konnte ich verschiedene neue Kenntnisse aufbauen, welche zukünftig in der Forschung und Lehre genutzt werden. Die Aufgabenstellung mündete in eine Masterthesis an der Hochschule Heilbronn, in der die Weiterentwicklung der Elektronik im Vordergrund steht. Für diese wird auch auf die Kenntnisse des Heilbronnner Studiengangs Medizininformatik zurückgegriffen. Eine weitere Zusammenarbeit mit der TUNI ist geplant. So wurden die Schaltungen und Platinen wurden in kiCAD entwickelt. kiCAD ist nach dem Forschungssemester als neues EDA Werkzeug in der Lehre eingeflossen. An der TUNI war möglich die Leiterbahnen selbst photochemisch herzustellen. Dies erlaubte eine schnelle prototypische Entwicklung der Platinen. Platinenätzen wurde an der HHN bereits vor Beginn meiner Lehrtätigkeit durch die externe Platinenproduktion abgelöst. Dieser Schritt erscheint aufgrund der nasschemischen Einzelschritte und der zunehmenden Miniaturisierung sinnvoll. Die Nutzung von Arduino hatte ich bisher bei studentischen Projekten explizit ausgeschlossen, da die Plattform zwar schnell Lösungen zu bekannten Aufgabenstellungen liefert, aber bei neuen Aufgaben die Komplexität der Softwareentwicklung steigt. Dies hat isch auch hier bewahrheitet: die Softwareentwicklung für das EEG CLICK Board konnte innerhalb eines Tages sinnvolle Ergebnisse liefern. Im Gegensatz dazu hat die Anbindung eines industriellen ADC-ICs auch nach mehreren Wochen nicht die erwartete Performance gezeigt. Auch hier erscheint die Entscheidung richtig.

Persönlicher Outcome:

• Kenntnisse in Messung von Strömen im Picoampere-Bereich
• Platinen selbst ätzen
• Arbeit im Reinraum

Austausch

• Teilnahme an TAMK
• Austausch mit Forschungsgruppe
• Aufbau des Professors Guide to Sabbatical

Lehre

MEXLE-Wiki

Einarbeitung der technischen Vorgaben

• Nomenklatur von physikalischen Größen, vgl. Formelsatz
• Korrektur der englischen Rechtschreibung und Wortwahl mit KI Unterstützung

Entwicklung und Nutzung von Plugins

• Entwicklung eines Plugins in JS und Php mit KI Unterstützung
• Verwendung und Anpassen von vorhandenen Plugins für leichteren Workflow
  • „Stift“
  • Einfügen von Aufgaben
  • TextInsert Plugin
    • Macht Macros Text austauschbar, ähnlich zu String-Variablen in Programmiersprachen
    • Pflege der Makroliste als Admin über Adminkonsole
    • z.B. Kann nun statt
      <button size="xs" type="link" collapse="eindeutigeID_xxx">
{{icon>eye}} ButtonText
</button>
<collapse id="eindeutigeID_xxx" collapsed="true">
...
</collapse>
      
      die folgende, kürzere Variante geschrieben werden:
      #@HiddenBegin_HTML~1,ButtonText~@#
...
#@HiddenEnd_HTML~1,ButtonText~@#
      
      Beides erzeugt folgende Ausgabe

      ButtonText

      …
    • Durch die übersichtlichere Darstellung in der Syntax wird das Erstellen und die Pflege von Aufgaben im Wiki erleichtert

Update der verwendeten DokuWiki Version

weitere

• Erstellen von Animationen für Magnetkreise
• Erstellen von durchgerechneten Aufgaben

ILIAS

Erstellen von Fragenkatalogen für EE1/EE2

• Übersetzung und Anpassung des vorhandenen Fragenkatalogs unter Verwendung geeigneter ILIAS Fragevarianten
• Es wurde die Verwendung des ILIAS Test Generators in Betracht gezogen, aber schließlich doch Formelfragen genutzt.
• Formelfragen
• Bilder wurden mit drawIO erstellt und zunächst im Wiki abgelegt. Diese sind in die erstellten ILIAS-Aufgaben eingebettet.
• STACK
  • Einführung in maxima in STACK,
  • Online Manual zu Maxima vom Entwickler,
  • Online Manual zu Maxima von Anwendern,
  • STACK Documentation,
  • MAOAM als Beispiel einer Anwendung von STACK für große Studierendengruppen,

Tools

Einarbeitung in Arduino-Umgebung

Einarbeitung in KiCAD

Einarbeitung in Maxima