Semestererarbeit betreut durch Joachim Kreutzer und Tim Lüth.
Anwendungsgebiet
Dehydratationen, also Flüssigkeitsdefizite des Körpers, sind bei älteren Menschen ein häufiges Problem, da die natürlichen Regulationsmechanismen des Flüssigkeitshaushalts wie das Durstgefühl oder die Nierenfunktion im Alter nachlassen. Neben indirekten Auswirkungen auf die Gesundheit sterben in Deutschland jährlich fast 2.000 Menschen an den direkten Folgen einer Dehydratation [1].
Stand der Technik
Gegenwärtig wird dem in Pflegeheimen oder Krankenhäusern entgegengewirkt, indem die Flüssigkeitszufuhr bei Risikopersonen [2] überwacht wird. Die Überwachung erfolgt durch Trinkprotokolle, bei denen Pflegekräfte händisch die getrunkenen Flüssigkeitsmengen abschätzen und aufschreiben.
Kritik am Stand der Technik
Nachteilig an solchen Protokollen sind der subjektive Charakter der Abschätzung der Trinkmengen und dass oftmals Personen oder aufgenommene Flüssigkeitsmengen übersehen werden [3].
Stand der Forschung am MiMed
Am MiMed wird ein System zur automatischen Detektion der Flüssigkeitsaufnahme in Form eines intelligenten Bechers entwickelt. Das bisherige Sensorkonzept auf Basis von Leitfähigkeitsmessungen hat jedoch Schwierigkeiten mit leitfähigen Flüssigkeiten und Ablagerungen [4]. Kapa-zitive Sensoren stellen eine vielverspre-chende Alternative dar. Cypress als einer der marktführenden Hersteller von kapazitiven Bedienelementen (CapSense) hat ein Whitepaper zur umgebungsunbeeinflussten kapazitiven Flüssigkeitsdetektionen veröffentlicht [5] und bietet seit 2015 hierfür einen programmierbaren System-on-Chip (PSoC) mit integriertem Bluetooth Low Energe (BLE)-Funkmodul an [6].
Aufgabe
Ziel dieser Arbeit ist es, einen Becher auf-zubauen, welcher den Füllstand kapazitiv bestimmen und per Bluetooth versenden kann. Die Detektion soll tolerant gegenüber dem Einfluss von dynamischen Störgrößen wie der Änderung der Umgebung erfolgen.
Ziele
Der Vorteil dieses Ansatzes liegt darin, dass ein kapazitiver Sensor ein breiteres Spektrum an Getränken detektieren kann als bisher möglich ist. Die Kompensation von Störgrößen erlaubt, dass das System im Gegensatz zu übliche Füllstandsensoren nicht nur in statischen, sondern auch dynamischen Umgebungen eingesetzt werden kann. Aus der Beschreibung der Aufgabe lassen sich direkt die Ziele der Arbeit ableiten:
- Eine Struktur der kapazitiven Elektro-den soll entwickelt werden, welche Störeinflüsse abschirmt und den Füllstand unabhängig vom verwendeten Medium bestimmen kann
- Sensorik und BLE-Übertragung sollen auf einen PSoC integriert sowie die bisherige Auswertelogik und das BLE-Protokolls adaptiert werden
- Komponenten des bisherigen MiMed-Systems sollen optimiert werden, insbesondere der bisherige NiMH durch einen Li-Ionen-Akku ersetzt und der Beschleunigungssensor um ein Gyro-skop ergänzt werden
- Eine darauf basierende Platine und die Detektionselektroden sollen so in Becher platziert und befestigt werden, dass Nutzbarkeit und Lebensmittelverträglichkeit sichergestellt sind
- Experimentelle Evaluation des Systems, um zu untersuchen, ob unterschiedliche Getränke (Wasser, Apfel-saft, Cola und Cappuccino) verlässlich (100 Füllstandänderungen) auf 10 ml genau bestimmt werden können
Erwartung und Ergebnisse
Es werden die folgenden Ergebnisse der Semesterarbeit erwartet:
- Ein Prototyp eines Bechers, der kapazitiv den Füllstand bestimmt. Dieser soll induktiv geladen werden und per BLE Daten versenden können
- Ausführliche Evaluation dieses Prototypen unter realistischen Rahmenbedingungen
- Schriftliche Ausarbeitung, welche die Semesterarbeit entsprechend dem Goldstandard dokumentiert
- Präsentation der Arbeit im Rahmen des Lehrstuhlseminar
Referenzen
[1] Gesundheitsberichterstattung des Bundes, „E86 Volumenmangel“, www.gbe-bund.de, 2014.
[2] A. Rüchardt and H. Lydtin, “Störungen des Natrium- und Wasserhaushaltes Diagnostik und Therapie,” Internist, vol. 40, no. 8, pp. 861–871, Aug. 1999.
[3] A. Mahlberg-Breuer and U. Mybes, “Pflegedokumentation stationär.” Bundesministerium für Familie, Senioren, Frauen und Jugend, 2007.
[4] J.F. Kreutzer, S. Ramesberger, S.M.F. Reimer, K. Entsfellner and T.C. Lüth, „Automatically detecting fluid intake using conductivity measurements of beverages in a cup,” IEEE International Conference on Automation Science and Engineering 2015.
[5] Cypress, “Liquid level sensing”, www.cypress.com, 2010.
[6] Cypress, “PSoC 4XX7 BLE Fami-ly Datasheet”, 2014.