Begleitet man Gion-Pol Catregn eine Woche lang bei seiner Arbeit, so zeigt sich ein Regenbogen an Aktivitäten. Diese erfordern eine ebenso grosse Palette an Kompetenzen. Der 48-Jährige ist Dozent am Institut für Photonics und ICT. Den Grossteil seiner Arbeit erledigt er im FH-eignen Photonics-Labor.

Text: Ulrich Hauser-Ehninger / Bilder: FH Graubünden

Lehre

Gion-Pol Catregn schätzt seine Arbeit mit den Studierenden im Rahmen seiner Lehrtätigkeit. Das zeigt sich bereits am Montagmorgen, wenn er ihnen in der ersten Lektion des ersten Semesters im Bachelorstudium Photonics und in der Bachelorstudienrichtung Mobile Robotics mit viel Herzblut die Grundlagen der Computerarbeit im Fach Informatik vermittelt. Dabei ist viel Eigeninitiative seitens der Studierenden gefordert. Ohne Übung und Routine bringt das beste Verständnis nichts, weshalb schon am Tag 1 das selbstständige Knobeln an Aufgaben – entweder allein oder in Teams – beginnt. Gion-Pol Catregn verantwortet einen grossen Teil der Informatik-Grundausbildung in den beiden Studiengängen. Am anderen Ende der Woche, am Freitagnachmittag, steht im dritten Semester der Unterricht in Elektronik an. Catregn, der über langjährige Erfahrung in der Industrie verfügt, ist also nicht nur im Softwarebereich gefragt, sondern zeigt den Studierenden auch, wie man Hardware entwickelt.

Als «zwar Hardware, aber auch Software» kann man das dritte Unterrichtsstandbein von Gion-Pol Catregn bezeichnen, das Design von FPGAs. Dabei handelt es sich um elektronische Bausteine, die zwar Hardware sind, denen man aber ihre Funktion noch per Software «einflüstern» muss. Dazu dient eine spezielle Sprache, die zur Beschreibung von Elektronikfunktionen entwickelt wurde und VHDL (Very High Speed Hardware Description Language) heisst.

Schwierig ist momentan die infolge der Corona-Infektionsgefahr notwendige räumliche Trennung der Studierenden von den Dozierenden. Der gesamte Unterricht von Gion-Pol Catregn läuft über Videokonferenzsysteme, was jedoch im Bereich der Computerarbeit nicht allzu hinderlich ist, da die Arbeit selbst am Computer stattfindet und die Unterrichtseinheiten – etwa über das Teilen des Bildschirms – gut auf Distanzunterricht umgestellt werden können.

Labor

Gion-Pol Catregn ist sehr praktisch orientiert. Deshalb wundert es nicht, dass er auch im Labor tätig ist. In den Kursen, die er dort leitet, entwickeln die Studierenden – vollständig in Eigenarbeit – einen Lasertriangulationssensor, ein Gerät zur Messung von Distanzen. Dies beginnt mit einer Machbarkeitsstudie, bei der Komponenten auf einer optischen Bank arrangiert werden, um die nötigen Parameter für die optischen Elemente abzuleiten. In einem nächsten Schritt folgt das Schema der elektronischen Schaltung, welches beschreibt, wie die elektronischen Komponenten miteinander verbunden sind. Zum Schluss wird festgelegt, wie die Bauteile auf der Leiterplatte anzuordnen sind und wo die Verbindungsbahnen gezogen werden müssen. Jede/jeder Studierende bestellt dann ihr/sein individuelles Design der Bauteile und Leiterplatten. Später werden die Bauteile platziert und verlötet. Ein Test des fertigen Aufbaus schliesst den elektronischen Teil ab.

In parallelen Modulen wird das Gehäuse des Sensors entwickelt. Dieses wird am Computer per CAD entworfen und im hauseigenen Prototypenlabor von den Studierenden auf dem 3D-Drucker gefertigt. Im Sensor arbeitet ein Miniaturcomputer, dessen Programmierung ebenfalls Teil des Projekts ist. Nach der Montage aller Bauteile wird das Produkt in Betrieb genommen und vermessen, um die Einhaltung der zu Beginn festgelegten Spezifikationen zu überprüfen. Wegen der aktuellen Situation ist die Durchführung eines solchen Projekts schwierig. Gion-Pol Catregn kann aber Messungen, die er im Labor macht, direkt online den Studierenden zur Verfügung stellen, die auf diese Art und Weise «live» im Labor dabei sein können.

Projekte

Gion-Pol Catregn ist jedoch nicht nur für die Studierenden aktiv. Er entwickelt im Auftrag externer Partner sowohl Hardwarekomponenten als auch Software. Der Bereich der Softwareentwicklung in Verbindung mit elektronischen Schaltungen nennt sich auch «embedded systems».

Die Softwareentwicklung erfolgt in diesem Bereich deutlich anders als die Entwicklung von Software für PCs. Der zu programmierende Computer, meist ein uC (ein Computer, der schon ein vollständiges miniaturisiertes System ist), besitzt keinen Anschluss für eine Tastatur oder einen Bildschirm. Die Software wird am PC geschrieben und für die Zielarchitektur übersetzt, mit anderen Worten: Das Programm wird in eine Sprache übersetzt, die der jeweilige uC verstehen kann. Über Kommunikationsleitungen – heute meist mittels USB – wird das Programm dann an den uC gesendet und läuft dort oftmals, ohne sichtbare Aktivitäten zu entwickeln. Mal regelt der uC eine Temperatur, mal blinken LEDs. Wenn das Ergebnis nicht das erwartete ist, muss herausgefunden werden, was falsch gemacht wurde. Dieses Debugging ist bei solch «unzugänglichen» Minisystemen eine komplizierte Angelegenheit, da die Information für die entwickelnde Person sehr begrenzt ist. Dabei arbeitet Gion-Pol Catregn mit unterschiedlichsten Produkten – von kleinsten Arduinos, PICs und ST-Produkten bis zu Raspberry Pis, die voll ausgebaute PCs im Miniformat sind.

Aktuell ist er für die Firma Trumpf in Grüsch tätig, aber auch an vertraulichen Projekten für andere Partner beteiligt. Für Trumpf entwickelt Gion-Pol Catregn die nötige Hardware. Der Softwareteil wird von einem Kollegen übernommen. Catregn entwickelt die Hardware im Labor, mit genau den gleichen Schritten wie die Studierenden, bis das Produkt funktionsfähig vor ihm liegt. Die Ausbildung der Studierenden unterscheidet sich also nicht von der «echten» Projektarbeit. Bei der Zusammenarbeit mit Industriepartnern gehört das gesamte Projektmanagement – von der Akquise über die Verhandlungen mit den Partnern und die Materialbeschaffung bis hin zur Zeit- und Budgetplanung – zum Arbeitsumfang von Catregn.

Ebenfalls zu seinen Aufgaben zählen Messungen, die er im Auftrag externer Partner durchführt, hauptsächlich im Bereich der optischen Sensoren. Seine Spezialgebiete sind Messungen bezüglich Fremdlichtsensitivität oder auch die Charakterisierung optischer Produkte auf unterschiedliche Entfernungen.

Als Laserschutzbeauftragter der Fachhochschule Graubünden kümmert sich Gion-Pol Catregn zudem sowohl um die Ausbildung der Studierenden, die im Labor mit Laserstrahlen arbeiten, als auch um jene der Mitarbeitenden, beispielsweise des Services-Personals, das ebenfalls zwischendurch in Räumen mit Lasergeräten arbeiten muss. Ausserdem führt er solche Schulungen unter anderem auch für das von externen Firmen beschäftigte Reinigungspersonal der FH Graubünden durch.