Bedien een rolstoel met je ogen...

Presentatie over: "Bedien een rolstoel met je ogen..."— Transcript van de presentatie:

1 Bedien een rolstoel met je ogen...
Project Ooggestuurde interface InnovationLab bijscholing

2 Opbouw van deze bijscholingsdag
Kadering InnovationLab Kadering project Ooggestuurde interface Doorlopen van de projectdag en de modules Doornemen documentatie en materiaal Deelnemen met jouw school Afsluiter en evaluatie

3 Opbouw van deze bijscholingsdag
Kadering InnovationLab Kadering project Ooggestuurde interface Doorlopen van de projectdag en de modules Doornemen documentatie en materiaal Deelnemen met jouw school Afsluiter en evaluatie

4 Nood aan... “De wereldproblemen worden groter en complexer. De oplossingen moeten uit de wetenschap komen.” 06 april 2014 “We zijn niet meer de techniekaandragers van vroeger. We moeten probleemeigenaren worden van de dingen die misgaan in de maatschappij en daar oplossingen voor genereren. We moeten meer maatschappelijke verantwoordelijkheid opeisen.” Ten tweede moeten onderzoeker

5 Technologie voor de maatschappij
milieu veiligheid gezondheid energie Infor-matica Fysica Chemie Wis-kunde

6 STEM affiniteit & passie!
Science Technology Engineering Mathematics

7 ROSE studie (Relevance Of Science Education)  Maatschappij-gedreven STEM
milieu veiligheid gezondheid energie Infor-matica Fysica Chemie Wis-kunde

8 Faculteit Ingenieurswetenschappen, KU Leuven
De rol van een wetenschapper / ingenieur in de maatschappij STEM is noodzakelijk, cross-disciplinair en overal rond ons InnovationLab Dept. Materiaalkunde, Chemische Ingenieurstechnieken, Computerwetenschappen, Elektrotechniek

9 Maatschappelijke uitdagingen
Innovation Lab doelen Maatschappelijke uitdagingen ? ? ? ? Chemie Fysica Wis-kunde Infor-matica

10 Maatschappelijke uitdagingen
Innovation Lab doelen Link met de leerstof S.O. Maatschappelijke uitdagingen ! Oplossingen voor morgen ! ! ! ! Chemie Fysica Wis-kunde Infor-matica

11 Maatschappelijke uitdagingen
Innovation Lab doelen Link met de leerstof S.O. Link tussen disciplines Maatschappelijke uitdagingen Oplossingen voor morgen ! Chemie Fysica Wis-kunde Infor-matica

12 Maatschappelijke uitdagingen
Innovation Lab doelen Link met de leerstof S.O. Link tussen disciplines Praktisch, interactief, zelf Probleemoplossend Maatschappelijke uitdagingen Oplossingen voor morgen ! Chemie Fysica Wis-kunde Infor-matica

13 Filmpje van onze opening in april 2014

14 Opbouw van deze bijscholingsdag
Kadering InnovationLab Kadering project Ooggestuurde interface Doorlopen van de projectdag en de modules Doornemen documentatie, materiaal en voorbereiding Deelnemen met jouw school Afsluiter en evaluatie

15 ‘Ingenieuze’ projectdagen
Ik daag je uit! Bouw mee aan de wereld van morgen! Kan je iets maken dat...

16 Technologie in de gezondheidszorg
Betaalbare levenskwaliteit voor iedereen Zorgen voor zieke én gezonde mensen Technologie voor: Snelle kankerdetectie Afstands geneeskunde Herstellen falende functies

17 Ooggestuurde interface
Sofie is een sociaal meisje Maar Sofie heeft ALS en kan enkel haar ogen nog bewegen... Kan je haar helpen om toch nog haar PC zelf te bedienen?

18 In dit project... ... maken leerlingen ZELF de hardware en software voor oog-interface ... maken leerlingen zelf een computerspelletje dat werkt op basis van de oogsturing

19 Opbouw van deze bijscholingsdag
Kadering InnovationLab Kadering project Ooggestuurde interface Doorlopen van de projectdag en de modules Doornemen documentatie, materiaal en voorbereiding Deelnemen met jouw school Afsluiter en evaluatie

20 Project opgebouwd uit 5 modules
biopotentialen Module 1: Cryptografie (beveiliging) Module 5: Bouwen hardware Module 3: Bouwen software Module 4: analoog - digitaal Module 2: cloud

21 Opbouw van een projectdag op school
VM of 1e Halve dag Kadering en inleidende film Module 1 Module 2 Module 3 NM of 2e Halve dag Module 4 Module 5 Afronden en afsluitende film

22 Opbouw van een projectdag op school
Kadering en inleidende film

23 Inleidende film Doel: Leerlingen kadering geven (nut van STEM voor maatschappij) Leerlingen zin geven erin te vliegen

24 Opbouw van een projectdag op school
Module 1: Biopotentialen

25 Module 1: Biopotentialen
Wat is een biopotentiaal? (uitleg info blad) Oog is een bewegende elektrostatische dipool Voorzijde iets hogere spanning dan achterzijde door transport van ionen Spanning verschuift bij oogbeweging (plaatsen elektrodes) Rechtse elektrode positiever t.o.v. linkse  pos spanning

26 Module 1: Biopotentialen: Nabouwen oog
Weerstanden vertegenwoordigen het pad door de huid + - Kijken en doen!

27 Module 1: Biopotentialen: Opmeten oog
V VV Zelf meten

28 Module 1: Biopotentialen: Opmeten oog
Zelf meten

29 Module 1: Biopotentialen: Veelgemaakte fouten
Contacten draden en weerstandjes Goed aandraaien! Gebruik van multi-meter Extra uitleg in leerkrachtenhandleiding Defecte multi-meters Test in leerkrachtenhandleiding De twee oogjes elektrisch fout verbonden (- kant moet met - kant verbonden zijn)

30 Module 1: Biopotentialen: Extra vragen
Om groepen op elkaar af te stemmen! Optioneel (niet verplicht)

31 Module 1: Biopotentialen: Besluit
Plaatsen van elektrodes aan de zijkant van de ogen: Meten van spanning bij oogbewegingen Werkelijke waarden zijn vele malen kleiner dan wat leerlingen gemeten hebben Computer kan ons helpen Module 2: analoog signaal omzetten naar digitaal signaal

32 Opbouw van een projectdag op school
Module 2: Analoog naar digitaal

33 Module 2: Analoog naar digitaal
Hoe dit signaal in de PC krijgen? Info: spanning is een analoog signaal, PC werkt digitaal? Experiment: Experimenteren dmv. geluid

34 Module 2: Analoog naar digitaal: Info analoog - digitaal
Analoog = continu en alle mogelijke waarden blauwe golfvorm Digitaal = discreet en beperkte set van mogelijke waarden Rode curve

35 Module 2: Analoog naar digitaal: Info analoog - digitaal
Aantal digitale bits per data-punt, bepaalt het aantal mogelijke digitale waardes = resolutie van de omzetter N bits  2N mogelijke digitale waarden 2 bits  4 mogelijke niveaus (digitale waarden) om het analoge signaal weer te geven

36 Module 2: Analoog naar digitaal: Info analoog - digitaal
3 bits  8 mogelijke niveaus (digitale waarden) om het analoge signaal weer te geven Bij 3 bits  rode curve benadert blauwe curve al beter!

37 Experiment 1 Uitleg EOG scope (volgen op PC)
Open in de folder EOG_project de subfolder EOG-software - Dubbel klik op eog - Klik op eogScope Uitleg EOG scope (volgen op PC)

38 Experiment 1 Golf mode: Vooraf opgenomen analoog signaal (geluid) digitaliseren: Invloed van aantal bits? instructies lezen en uitproberen: aan de slag! Men ziet dat: Naarmate het aantal bits stijgt, benadert het rode digitale signaal steeds beter het blauwe analoge signaal. Naarmate het aantal bits stijgt, kan je op kanaal 1 en kanaal 2 een geluid horen dat steeds beter lijkt op het oorspronkelijke analoge geluid.

39 Conclusie : 7 – 8 bits nodig om analoge signaal goed te digitaliseren
Experiment 2 Audio mode: geluid opnemen Experimentblad: instructies lezen en uitproberen: aan de slag! Conclusie : 7 – 8 bits nodig om analoge signaal goed te digitaliseren

40 Experiment 3 Audio mode: geluid opnemen (hard en zacht) Experimentblad: instructies lezen en uitproberen: aan de slag!

41 Experiment 3 Conclusie:
Een klein analoog signaal omzetten naar een digitaal signaal levert een kwalitatief minder goed digitaal signaal op dan een groot analoog signaal Spanningen rond het oog zijn heel klein We moeten dit kleine signaal versterken (module 3)

42 Conclusie: Kleiner analoog signaal: meer bits nodig!
Experiment 4 EOG dongle: De knoppen van de black box? Experimentblad: instructies lezen en uitproberen: aan de slag! Conclusie: Kleiner analoog signaal: meer bits nodig! spanningen rond oog zijn zeer klein Onze ADC is beperkt Signaal moet versterkt worden

43 Module 2: Analoog naar digitaal: Veelvoorkomende fouten
Zoom en schuif Kanaal 1 vs. kanaal 2 Instellingen microfoon (niet oversturen) Bij black box: altijd te samen aan beide knoppen draaien (onvoldoende geduld hebben om de verandering te zien plaats grijpen)

44 Opbouw van een projectdag op school
Module 3: Electro-oculografie

45 Module 3: Electro-oculografie
Zelf hardware met versterker bouwen! Stappenplan: Uitleg versterker Tekenen elektrisch schema Bouwen Elektrodes aansluiten en zelf eigen oogbewegingen testen

46 Module 3: Electro-oculografie Informatie versterker
Waarom versterking? Werking versterker

47 Module 3: Electro-oculografie Informatie versterker
Aansluitingen?

48 Module 3: Electro-oculografie Informatie versterker
Grond (0V) Voeding (5V) Referentie (2.5V)

49 Module 3: Electro-oculografie Informatie versterker
Weerstand hiertussen bepaalt versterking Rg = 1,0 kΩ * G Versterkingsfactor G ? weerstand berekenen en zoeken/plaatsen

50 Module 3: Electro-oculografie Experiment versterker
Instructies lezen en uitproberen: aan de slag! Eerst verbindingen uittekenen Versterker links!

51 Module 3: Electro-oculografie Experiment versterker: oplossing

52 Module 3: Electro-oculografie Experiment versterker
Dan G en RG berekenen G = 𝑎𝑚𝑝𝑙𝑖𝑡𝑢𝑑𝑒 𝑢𝑖𝑡𝑔𝑎𝑛𝑔𝑠𝑠𝑖𝑔𝑛𝑎𝑎𝑙 (𝑉) 𝑎𝑚𝑝𝑙𝑖𝑡𝑢𝑑𝑒 𝑖𝑛𝑔𝑎𝑛𝑔𝑠𝑠𝑖𝑔𝑛𝑎𝑎𝑙 (𝑉) = ………….. We kunnen nu de weerstandswaarde Rg berekenen die nodig is om de versterking te verkrijgen. Rg = 1,0 kΩ * G = …………

53 Module 3: Electro-oculografie Experiment versterker
Dan schakeling bouwen Veelvoorkomende fouten: Draadjes fout gestoken Foute waarde van RG gebruikt (nameten met multi-meter!) Foute versterking G berekend (verschil tussen amplitude en totale uitwijking)

54 Module 3: Electro-oculografie Experiment versterker
Dan verbinden met PC en uitproberen op ogen Veelvoorkomende fouten: Elektrodes niet geleidend genoeg (wassen, gebruik gel!) Elektrodes niet mooi symmetrisch EOG USB niet geconnecteerd (onderaan staat EOG dongle in rood) -> start EOG Scope opnieuw op

55 Module 3: Electro-oculografie Extraatje
Snelle leerlingen: meet ook ECG!

56 Opbouw van een projectdag op school
Module 4

57 Opbouw van een projectdag op school
Module 5

58 Module 5: cryptografie Module 5.1 Achtergrond
Installeren van de omgeving Spelopdracht 1 & 2 Module 5.2 Informatie Spelopdracht 3 in het kort

59 Module 5: achtergrond Eva : afluisteren Alice Bob

60 Module 5: achtergrond Eva : vervalsen Alice Bob

61 Module 5: achtergrond Hallo, Ik ben Alice Eva : impersoneren Bob

62 Module 5: achtergrond gegevens identiteit geheim geheimschrift
anonimiteit correct integriteit identificatie

63 Module 5: achtergrond Identificatie wordt gebruikt in o.a.:

64 Module 5: cryptografie Identificatie kan gebeuren op verschillende manieren: Wat je WEET (paswoorden, PIN) Wat je HEBT (chipkaart, USB sleutel) WAAR je bent (dial back, GPS) HOE je bent (biometrie)

65 Module 5.1: identificatie
Server software Start een PC op van de server USB (wit) Server krijgt een IP-adres via DHCP Dit IP-adres moet in de clientsoftware ingegeven worden Voor het gemak : schrijf dit IP-adres op het bord Er is een dashboardinterface voor troubleshooting, diagnose en het resetten van individuele spellen Client software Opstarten via EOGstarter (1x) IP-adres van de server ingeven

66 Module 5.1: identificatie
Wat we willen simuleren: vermijden dat draadloze communicatie kan gehackt worden Hacker Oogbewegingen Wolk Rolstoel

67 Module 5.1: identificatie
Server spel 1 Client spel 2 Dashboard spel 3 …

68 Module 5.1: identificatie
Start client Open Scratch Laad spel in Voer de gegevens in : spelnaam, spelersnaam, paswoord Klik op de groene startvlag bovenaan rechts

69 Module 5.1: identificatie
Server laat meerdere spelers door zelfde doolhof lopen Rolstoelen en Wolken (= hackers) 1 “game” = 1 doolhof Zorg voor een even aantal groepjes Verdeel de voorafgedrukte kaartjes per spel Een groepje krijgt het rolstoeldeel van het spel Een ander groepje krijgt het wolkdeel van het spel Communicatie via sensors van Scratch 1.4 Boodschappen worden verstuurd als “lijsten” met een strikt te volgen formaat en volgorde (zie uitleg Spel 2 en Spel 3)

70 Module 5.1: identificatie
Game: beperkte keuze (zie handleiding) Player: willekeurig, maar geen 2 dezelfde in 1 game/doolhof Type: rolstoel of wolk Invoer voor het script Invoer voor de tovenaarshoed Invoer voor het script

71 Module 5.1: identificatie
Spelopdracht 1: Start de juiste programma’s Vul game en player in (zie ‘identificatie spelopdracht 1’-kaartjes voor rolstoel en wolk) Kies een paswoord van drie of vier cijfers en vul het in Spelen maar!

72 Module 5.1: identificatie
Structuur van een commando (lijst): “left”, paswoord “right”, paswoord “up”, paswoord “down”, paswoord

73 Module 5.1: identificatie
Spelopdracht 2: paswoord raden door enumeratie Breid het volgende programma uit:

74 Module 5.1: identificatie
Structuur van het hack-commando: “h”, naam spel, naam speler, gok voor het paswoord Indien de gok juist is, dan zal de server het paswoord herhalen in zijn antwoord (in elk volgend antwoord) Indien de gok fout is, dan zal de server “n” antwoorden, of in het begin soms “0.0” Dit is zo gedaan om robuust te zijn tegen vertragingen op het netwerk

75 Module 5.1: identificatie
Oplossing (*) (*) oplossingen staan ook op de USB

76 Module 5.1: identificatie
Eens paswoord gevonden: Neem de wolk/rolstoel van de tegenspeler over door zijn waarden in te vullen voor speler en paswoord in de besturingscommando’s Zorg ervoor dat je de gegevens van je tegenspeler invult! Anders vind je je eigen paswoord 

77 Module 5.1: identificatie

78 Module 5.1: identificatie
Afsluitende denkopdracht: Enkele berekeningen die aantonen hoe lang een paswoord moet zijn om niet (moeilijk) geraden te kunnen worden

79 Server dashboard

80 Server dashboard

81 Module 5.2: veilige paswoorden
Vertrekpunt: zelfs het beste paswoord kan misbruikt worden als de toepassing vereist dat het paswoord doorgestuurd wordt via een onbeveiligd kanaal Omdat een hacker het kanaal kan afluisteren en zo het paswoord te weten komt In deze module bekijken we een systeem met paswoorden, waarbij het paswoord niet elke keer overgestuurd moet worden (*) deze module kan eventueel weggelaten worden (**) de oplossingen staan op USB

82 Module 5.2: veilige paswoorden
Hill methode voor vercijfering Paswoord = n x n matrix (hier: n = 3) Vercijfering: cijfertekst = paswoord x boodschap Vb: LEPELS -> [ ], [ ] (rekenen modulo 26) [ ], [2 7 18] -> MQCBHS

83 Module 5.2: veilige paswoorden
Denkopdracht: ontcijfer nu een gegeven cijfertekst, die gemaakt werd met het volgende paswoord: Moeilijkheid: oplossen van vergelijking zoals 3z = 13 Oplossing: tel bij rechterlid gehele veelvouden van 26 op, totdat je een gehele oplossing krijgt voor z Opdracht kan eventueel overgeslagen worden

84 Module 5.2: veilige paswoorden
Methode van vraag-en-antwoord Ik ben Alice toevals- generator Vercijfer eens 1234? pasw 1234 pasw 1234 Hill Hill 8351 Het antwoord is 8351 8351 8351=8351

85 Module 5.2: veilige paswoorden
Vraag-en-antwoord zonder vraag Vraag-en-antwoord vereist 3 boodschappen ipv 1 Vervang toevalsgenerator door een voorspelbare generator Alice kan de vraag voorspellen, en meteen het antwoord berekenen Aantal boodschappen wordt verminderd tot 1

86 Module 5.2: veilige paswoorden
Link met praktijk: Internet bankieren gebruikt Vraag-en-antwoord: systemen met “challenge” en “signature” Vraag-en-antwoord zonder vraag: systemen met toestelletjes die paswoorden genereren Het is belangrijk dat de leerlingen het infoblad lezen! Volledig!

87 Module 5.2: veilige paswoorden
Spelopdracht 3: implementeer vraag-en-antwoord zonder vraag Begrijp de structuur van de commando’s Implementeer een teller die de vragen genereert Implementeer Hillvercijfering

88 Module 5.2: veilige paswoorden
Structuur van de commando’s: “hillpassword”, commando, c1, c2, t0, t1, t2 Commando: “up”, “down”, “left”, of “right” c1, c2: afgeleid uit teller t0, t1, t2: “antwoord” = resultaat van Hillvercijfering

89 Module 5.2: veilige paswoorden
c1, c2: afgeleid uit teller c1 = quotiënt van de gehele deling “teller gedeeld door 4” c2 = rest van de gehele deling “teller gedeeld door 4”

90 Module 5.2: veilige paswoorden
pw0, …, pw8: 9 cijfers van de paswoordlijst cmd: getal bepaald door commando down = 2, left = 4, right = 6, up = 8 Bijvraagje: waarom cmd betrekken in de berekening?

91 Opbouw van een projectdag op school
Afronden en afsluitende film

92 Afronden en afsluitende film
Stop op tijd, om geen anti-climax te hebben Neem tijd voor: Opruimen Nabespreking Afsluit-film

93 Opbouw van deze bijscholingsdag
Kadering InnovationLab Kadering project Ooggestuurde interface Doorlopen van de projectdag en de modules Voormiddag: 1, 2, 3 Namiddag: 4, 5 Doornemen documentatie, materiaal en voorbereiding Deelnemen met jouw school Afsluiter en evaluatie

94 InnovationLab documentatie
Voor de leerlingen: Info- en experiment-blaadjes per module Filmpjes Voor de leerkrachten: Uitgebreide leerkrachtenhandleiding met Extra achtergrond informatie Antwoorden op vragen Suggesties bij veelgemaakte fouten Allemaal op website

95 InnovationLab koffers
Leerlingen werken per 2, aan 1 PC Leerlingenbakje per groep (13 groepen of 26 lln) Leerkrachten bakje (+ USB stick!) Niet voorzien: Multimeters!

96 Opbouw van deze bijscholingsdag
Kadering InnovationLab Kadering project Ooggestuurde interface Doorlopen van de projectdag en de modules Voormiddag: 1, 2, 3 Namiddag: 4, 5 Doornemen documentatie, materiaal en voorbereiding Deelnemen met jouw school Afsluiter en evaluatie

97 Deelnemen met jouw school: praktisch
Projectdag of enkele halve dagen voor Tussen de 10 en de 250 leerlingen Van de 3e graad ASO of TSO (min 4 uur wiskunde) Reserveren InnovationLab koffers voor een bepaalde week Vandaag Of via Afhalen / terugbrengen koffer in Heverlee / Kortrijk Contractje

98 InnovationLab voorbereidingen
Reserveren PC klas (met projectiemogelijkheid) Kopieren documentatie + loginkaartjes Software-bestanden op PC zetten Contact met systeembeheerders – check zie leerkrachtenhandleiding pg 8 ! Uittesten server (module 5) Testen multi-meters Leerkracht is begeleider…..

99 Opbouw van deze bijscholingsdag
Kadering InnovationLab Kadering project Ooggestuurde interface Doorlopen van de projectdag en de modules Voormiddag: 1, 2, 3 Namiddag: 4, 5 Doornemen documentatie, materiaal en voorbereiding Deelnemen met jouw school Afsluiter en evaluatie

100 Vragen