HairIO: الشعر كمادة تفاعلية: 12 خطوة (بالصور)

2024 مؤلف: John Day | [email protected]. آخر تعديل: 2024-01-30 07:41

HairIO: شعر الإنسان كمادة تفاعلية

الشعر مادة فريدة من نوعها ولم يتم استكشافها كثيرًا لاستخدامها في التقنيات الجديدة القابلة للارتداء. إن تاريخها الطويل من التعبير الثقافي والفردى يجعلها موقعًا مثمرًا للتفاعلات الجديدة. في هذا Instructable ، سنوضح لك كيفية عمل وصلات شعر تفاعلية تغير شكلها ولونها وتشعر باللمس وتتواصل عبر البلوتوث. سنستخدم دائرة مخصصة ، و Arduino Nano ، ولوحة Adafruit Bluetooth ، وسبائك ذاكرة الشكل ، والأصباغ الحرارية.

تم إنشاء هذا Instructable بواسطة سارة ستيرمان ومولي نيكولاس وكريستين ديرك ، لتوثيق العمل المنجز في مختبر البيئة الهجين في جامعة كاليفورنيا في بيركلي مع إريك بولوس. يمكن العثور على تحليل لهذه التكنولوجيا والدراسة الكاملة في ورقتنا المقدمة في TEI 2018. ستجد في Instructable وثائق شاملة عن الأجهزة والبرامج والإلكترونيات ، بالإضافة إلى معلومات حول قرارات التصميم التي اتخذناها والصعوبات التي واجهناها.

سنبدأ بنظرة عامة موجزة عن النظام وأمثلة عن كيفية استخدام HairIO. بعد ذلك سنناقش الإلكترونيات المعنية ، ثم ننتقل إلى الأجهزة وننشئ وصلات الشعر. ستغطي الأقسام الأخيرة الكود وبعض النصائح لإجراء التعديلات.

سيتم توفير روابط لموارد معينة في كل قسم ، وسيتم جمعها أيضًا في النهاية.

صنع سعيد!

الخطوة 1: كيف يعمل؟

ملخص

يعمل نظام HairIO على مبدأين أساسيين: اللمس السعوي والتسخين المقاوم. من خلال استشعار اللمس ، يمكننا جعل امتداد الشعر يستجيب لللمسات. وعن طريق تسخين الامتداد ، يمكننا إحداث تغيير في اللون باستخدام أصباغ حرارية اللون ، وتغيير الشكل باستخدام سبيكة ذاكرة للشكل. تسمح شريحة البلوتوث للأجهزة مثل الهواتف وأجهزة الكمبيوتر المحمولة بالتواصل مع الشعر أيضًا ، إما لإحداث تغيير في الشكل أو اللون ، أو لتلقي إشارة عند استشعار لمسة للشعر.

مثال على التفاعلات والاستخدامات

HairIO عبارة عن منصة بحث ، مما يعني أننا نحب أن نرى ما ستفعله بها! بعض التفاعلات التي صممناها موضحة في مقاطع الفيديو أعلاه ، أو في مقطع الفيديو الكامل الخاص بنا على Youtube.

قد تنبه جديلة متغيرة الشكل مرتديها برسالة نصية عن طريق دغدغة أذن مرتديها بلطف أثناء تحركها.

أو ربما يمكن أن تعطي توجيهات لمن يرتديها ، والانتقال إلى مجال الرؤية للإشارة إلى الاتجاه الذي يجب أن ينعطف فيه.

يمكن أن يتغير الشعر بشكل كبير ، من حيث الأسلوب أو الأداء. يمكن أن يتحول النمط طوال اليوم ، أو يتم تحديثه لحدث معين.

يمكن للشعر أيضًا أن يتيح التفاعلات الاجتماعية ؛ تخيل تجديل شعر صديقك ، ثم يمكنك تغيير لون شعر صديقك عن طريق لمس ضفيرتك من بعيد.

عناصر

يتم التعامل مع جميع عمليات الاستشعار والمنطق والتحكم بواسطة دائرة مخصصة و Arduino Nano ، يتم ارتداؤها على الرأس. تحتوي هذه الدائرة على مكونين رئيسيين: دائرة استشعار تعمل باللمس بالسعة ، ودائرة محرك لتحويل الطاقة إلى جديلة. يتم جدل وصلات شعر تجارية حول سلك نيتينول ، وهو عبارة عن سبيكة ذاكرة للشكل. سيحتفظ هذا السلك بشكل واحد عندما يبرد ، وينتقل إلى الشكل الثاني عند تسخينه. يمكننا تدريب أي شكل ثانٍ تقريبًا في السلك (الموصوف لاحقًا في هذا Instructable). تعمل بطاريتا LiPo على تشغيل دائرة التحكم بجهد 5 فولت والشعر عند 3.7 فولت.

الخطوة الثانية: الإلكترونيات

التحكم واللمس بالسعة

تم تكييف دائرة اللمس السعوية من مشروع Touché من Disney ، عبر هذا Instructable الرائع عند تكرار Touche على Arduino. يدعم هذا الإعداد استشعار اللمس بالسعة بالتردد المكنوس ، ويسمح بالتعرف على الإيماءات بشكل أكثر تعقيدًا من اللمس البسيط / عدم اللمس. ملاحظة واحدة هنا هي أن دائرة اللمس السعوية والرمز يفترضان شريحة معينة من Arduino ، وهي Atmega328P. إذا اخترت استخدام شريحة بديلة للتحكم الدقيق ، فقد تحتاج إلى إعادة تصميم الكود أو البحث عن آلية استشعار بديلة.

تستخدم دائرة التحكم Arduino Nano للمنطق ، ومضاعِف إرسال تناظري للسماح بالتحكم المتسلسل في الضفائر المتعددة من نفس الدوائر والبطاريات. يتم استشعار اللمس السعوي بشكل متزامن تقريبًا عن طريق التبديل السريع بين القنوات (سريع جدًا بحيث يبدو في الأساس أننا نستشعر كليهما في وقت واحد). يقتصر تشغيل الضفائر على القوة المتاحة. يمكن أن يؤدي تضمين بطاريات أكثر قوة أو إضافية إلى تمكين التشغيل المتزامن ، ولكننا نقصرها هنا على التشغيل المتسلسل من أجل البساطة. يمكن أن يتحكم مخطط الدائرة الموفر في اثنين من الضفائر (لكن معدد الإرسال في الدائرة يمكنه دعم ما يصل إلى أربعة!).

لأبسط إصدار من الدائرة ، اترك معدد الإرسال ، وتحكم في جديلة واحدة مباشرة من Arduino.

دائرة القيادة والثرمستور

نقوم بلمسة سعوية على نفس السلك مثل التشغيل (النيتينول). هذا يعني عددًا أقل من الأسلاك / التعقيد في الجديلة ، والمزيد في الدائرة.

تتكون دائرة القيادة من مجموعة من الترانزستورات ثنائية القطب (BJTs) لتشغيل وإيقاف تشغيل الشعر. من المهم أن تكون هذه ترانزستورات تقاطع ثنائية القطب ، بدلاً من ترانزستورات MOSFET الأكثر شيوعًا (والأفضل عمومًا) ، لأن BJTs تفتقر إلى السعة الداخلية. سوف تطغى السعة الداخلية للـ MOSFET على دائرة استشعار اللمس.

علينا أيضًا تبديل كل من الأرض والطاقة ، بدلاً من الطاقة فقط ، مرة أخرى من أجل استشعار اللمس السعوي ، نظرًا لعدم وجود إشارة سعوية من قطب كهربائي مؤرض.

يمكن للتصميم البديل الذي يستخدم مصادر منفصلة للمس والقيادة بالسعة أن يبسط هذه الدائرة بشكل كبير ، ولكنه يجعل التصميم الميكانيكي أكثر تعقيدًا. إذا تم عزل الاستشعار السعوي عن طاقة المحرك ، فيمكننا الابتعاد عن مفتاح واحد للطاقة ، ويمكن أن يكون FET أو أي شيء آخر. يمكن أن تشمل هذه الحلول تعدين الشعر نفسه ، كما هو الحال في أدوات الشعر من Katia Vega.

رقاقة بلوتوث

شريحة البلوتوث التي استخدمناها هي Bluefruit Friend من Adafruit. هذه الوحدة قائمة بذاتها ، وتحتاج فقط إلى إرفاقها بـ Arduino ، والتي ستتعامل مع المنطق حول الاتصال.

اختيار البطارية

بالنسبة للبطاريات ، فأنت تريد بطاريات قابلة لإعادة الشحن يمكن أن توفر جهدًا كافيًا لتشغيل Arduino ، وتيارًا كافيًا لتشغيل النيتينول. لا يجب أن تكون هذه نفس البطارية. في الواقع ، لتجنب تحمير Arduino ، صنعنا جميع نماذجنا الأولية باستخدام بطاريتين: واحدة للتحكم والأخرى للقيادة.

يتطلب Arduino Nano 5 فولت على الأقل ، ويسحب النيتينول بحد أقصى 2 أمبير تقريبًا.

اخترنا بطارية 3.7 فولت من ValueHobby لقيادة الشعر ، وبطارية 7.4 فولت من ValueHobby لتشغيل Arduino. حاول ألا تستخدم بطاريات 9V العادية ؛ سوف تستنزف أقل من الفائدة في غضون 15 دقيقة وتسبب الكثير من الهدر. (نعلم ، لأننا حاولنا …)

تفاصيل متنوعة

مراقبة البطارية: يسمح لنا المقاوم 4.7 كيلو أوم بين خط الطاقة لبطارية محرك الأقراص والمسمار التناظري بمراقبة شحن بطارية محرك الأقراص. أنت بحاجة إلى هذا المقاوم لمنع البطارية من تشغيل Arduino عبر الدبوس التمثيلي (والذي سيكون سيئًا: لا تريد القيام بذلك). يمكن مراقبة بطارية Arduino برمز فقط - راجع القسم الخاص بالبرنامج لتوضيح هذا الرمز.

العبور: هناك مساحة للقافز بين موصلي البطارية ، إذا كنت تريد استخدام بطارية واحدة لتشغيل كل شيء. هذا يخاطر بتحول لون Arduino إلى اللون البني ، ولكن مع الاختيار المناسب للبطارية وبعض PWM المستند إلى البرامج لمحرك الأقراص ، يجب أن يعمل. (على الرغم من أننا لم نحصل عليه بعد.) (إذا جربته - أخبرنا كيف ستسير الأمور!)

الخطوة 3: تجميع الإلكترونيات

وضع الدائرة معًا

لقد صممنا الدائرة في الأصل من جزأين ، نربط دوائر القيادة والتحكم بكابل مرن. في إصدار ثنائي الفينيل متعدد الكلور المتكامل ، يتم تكثيف الدوائر في لوحة واحدة. يسمح المخطط السابق بوضع أكثر مرونة للضفائر على الرأس ، لكن الطريقة الثانية أسهل بكثير في التجميع. يمكنك العثور على ملفات التخطيط والتخطيط للوحة في Github repo. هناك طريقتان لعمل الدوائر: 1) صنع نسخة لوحة مثالية يدويًا بمكونات من خلال الفتحة وفقًا للتخطيط ، أو 2) اجعل PCB من ملف اللوحة الذي نقدمه (الرابط أعلاه) وتجميعه مع مكونات مثبتة على السطح.

عناصر

فاتورة المواد الخاصة بإصدار ثنائي الفينيل متعدد الكلور + الضفائر هنا.

لقد قمنا بطحن مركبات ثنائي الفينيل متعدد الكلور الاختبارية بأنفسنا على أوتيرميل ، ثم طلبنا مركبات ثنائي الفينيل متعدد الكلور النهائية من دوائر منطقة الخليج الممتازة. سيعمل كل من تصنيع الألواح الداخلية والمحترفة على ما يرام ، على الرغم من أن الطلاء اليدوي أو لحام جميع الفتحات يعد أمرًا مؤلمًا.

نصائح

• استخدمنا معجون اللحام وفرن إعادة التدفق أو اللوح الساخن لمكونات تثبيت السطح ، ثم قمنا بعد ذلك بلحام المكونات من خلال الفتحة باليد.
• نوصي بإصدار اللوح / لوحة الأداء للنماذج الأولية السريعة وثنائي الفينيل متعدد الكلور من أجل الموثوقية.
• نحن نستخدم رؤوس نسائية قصيرة لتثبيت Nano على PCB ، بحيث يمكن إزالته. يمكن لحام الرؤوس الأنثوية الطويلة في لوحة غير متدفقة تمامًا من أجل رفع شريحة البلوتوث عالية بما يكفي لتعشيش فوق Arduino. (ستحتاج أيضًا إلى إضافة شريط Kapton لمنع التقصير العرضي).
• تحتاج شريحة البلوتوث في الواقع إلى أن يتم لحامها برؤوس الذكور رأسًا على عقب من أجل مطابقة ترتيب الدبوس في تخطيط ثنائي الفينيل متعدد الكلور. (بالطبع ، يمكنك تعديل هذا التخطيط). لماذا فعلنا ذلك؟ لأنه يجعل الدبابيس تتطابق بشكل أفضل مع تخطيط Arduino.

الخطوة 4: نظرة عامة على أجهزة الشعر

HairIO عبارة عن وصلة شعر مضفرة حول طولين متصلين من الأسلاك ، مثبتة بموصل وثرمستور لتنظيم درجة الحرارة. يمكن طباشير بأصباغ حرارية بعد التجميع الكامل. يتكون صنع جديلة HairIO نفسها من عدة مراحل:

1) تدريب سبيكة ذاكرة الشكل على الشكل المطلوب.

2) قم بتجميع السلك الداخلي عن طريق العقص واللحام بطول سبيكة ذاكرة الشكل لسلك نحاسي معزول.

3) تجعيد وعزل الثرمستور.

4) قم بتوصيل السلك والثرمستور بالموصل.

5) جديلة الشعر حول السلك.

6) طباشير الشعر.

سنتناول كل مرحلة من المراحل بالتفصيل في الأقسام التالية.

الخطوة 5: تجميع أسلاك الشعر

تتضمن المراحل الأولى تجميع الأسلاك الداخلية التي توفر تغيير الشكل ومقاومة التسخين. هذا هو المكان الذي تحدد فيه طول الجديلة والشكل المطلوب عند تسخينه ونوع الموصل الذي ستستخدمه. إذا كانت جميع الضفائر تحتوي على نوع موصل مشترك ، فيمكن تبديلها بسهولة على نفس لوحة الدائرة للحصول على أشكال وألوان مختلفة ، بالإضافة إلى أنواع وأطوال الشعر.

إذا كنت لا تريد تغيير الشكل في جديلة معينة ، فيمكن استبدال سبيكة ذاكرة الشكل بطول سلك عادي. إذا كنت تريد دعم اللمس السعوي ، فيجب أن يكون السلك البديل غير معزول للحصول على أفضل تأثير.

تدريب سبيكة ذاكرة الشكل

سبيكة ذاكرة الشكل التي نستخدمها هنا هي النيتينول ، وهي سبيكة من النيكل والتيتانيوم. عندما تبرد ، فإنها تبقى في شكل واحد ، ولكن عند تسخينها تعود إلى ما يسمى بالحالة "المدربة". لذا ، إذا أردنا تجعيد الشعر عند تسخينه ، فقد يكون مستقيمًا عندما يكون باردًا ، ولكن يتم تدريبه على تجعيد الشعر. يمكنك إنشاء أي شكل تريده تقريبًا ، على الرغم من أن قدرة السلك على رفع الوزن محدودة بقطرها.

قم بقص النيتينول إلى الطول المطلوب من الجديلة ، مع ترك القليل من المنحنيات أثناء التضفير ، وللتوصيلات في الأعلى والأسفل.

لتدريب النيتينول ، انظر هذا Instructable الرائع.

تشمل أنواع الضفائر التي جربناها تجعيد الشعر ، والانحناءات ذات الزاوية اليمنى للسماح للشعر بالوقوف بشكل مستقيم ، وعدم تدريب النيتينول على الإطلاق. قد يبدو هذا كسولًا ، لكنه يسمح للشعر بالتنعيم من أي شكل عند تشغيله. سيحتفظ السلك بالشكل الذي تنحني به عندما يبرد ، على سبيل المثال تجعيد ، ثم تصويب من هذا الشكل عند تسخينها. رائع للغاية ، وأسهل بكثير!

تجميع الأسلاك

النيتينول غير معزول ويعمل في اتجاه واحد فقط. لإنشاء دائرة كاملة ، نحتاج إلى سلك ثانٍ معزول للاتصال في الأسفل والعودة إلى الموصل الموجود في الأعلى. (سوف يتسبب السلك غير المعزول في حدوث ماس كهربائي عندما يلمس النيتينول ، ويمنع حتى التسخين.)

اقطع سلكًا نحاسيًا معزولًا بنفس طول النيتينول. استخدمنا سلك مغناطيسي 30 AWG. قم بإزالة العزل من كلا الطرفين. بالنسبة لسلك المغناطيس ، يمكن إزالة الطلاء عن طريق حرق السلك بلطف بلهب مفتوح حتى يتم مسح العزل الحراري ويمكن مسحه بعيدًا (يستغرق ذلك حوالي 15 ثانية مع ولاعة). لاحظ أن هذا يجعل السلك هشًا قليلاً في الموقع المحروق.

حقيقة ممتعة حول النيتينول: لسوء الحظ ، لا يحب اللحام التمسك بالنيتينول. (إنه ألم كبير.) أفضل حل هو استخدام أداة التجعيد لإنشاء اتصال ميكانيكي بالنيتينول ، ثم إضافة لحام لضمان التوصيل الكهربائي.

أمسك طرف النيتينول والسلك النحاسي غير المعزول حديثًا معًا ، ثم أدخله في المجعد. قم بتجعيدهم معًا بقوة. إذا كانت هناك حاجة إلى قوة اتصال إضافية ، فأضف القليل من اللحام. قم بتغطية التجعيد وأي ذيل متبقي من السلك بالانكماش الحراري حتى لا يكدس مرتديك بالنهايات المدببة. لا يهم نوع التجعيد الذي تستخدمه في الجزء السفلي ، حيث إنه مخصص فقط لإجراء اتصال ميكانيكي بين السلكين.

في الطرف الآخر ، سنضيف تجعيدًا لكل طرف سلك. هنا ، نوع التجعيد مهم. يجب عليك استخدام تجعيد التزاوج للموصل الخاص بك. سيتم توصيل نهايات الأسلاك هذه بالموصل للتفاعل مع لوحة الدائرة.

صنع جديلة الوقوف:

يمكن أن تكون الضفائر دقيقة للغاية أو مثيرة للغاية. إذا كنت تريد تأثيرًا دراماتيكيًا ، مثل صورة غطاء الرأس أعلاه ، أو في فيديو الموقف الأدائي سابقًا ، فهناك حاجة إلى خطوة إضافية واحدة. تفضل الضفائر الالتواء بدلاً من الرفع ، لذلك يجب أن تستعد للبقاء في الاتجاه الصحيح. يتشكل الدعامة الخاصة بنا على شكل حرف Z ممدود (انظر إلى الصورة). لقد انزلقنا تجعيدًا على النيتينول ، ثم قمنا بلحام الدعامة في التجعيد ، وأخيراً غطينا كل شيء في الانكماش الحراري والشريط الكهربائي.

تحضير الثرمستور

الثرمستور هو مقاوم حساس للحرارة يتيح لنا قياس درجة حرارة الضفيرة. نحن نستخدم هذا للتأكد من أن الجديلة لا تسخن أبدًا بحيث يتعذر على المستخدم ارتدائها. سنضيف الثرمستور إلى نفس الموصل الذي سيتم توصيل الجديلة به.

أولاً ، انزلق الحرارة على أرجل الثرمستور واستخدم مسدس حراري لتقليصه. سيؤدي ذلك إلى عزل الأرجل ، لمنع الثرمستور من التقليل من النيتينول غير المعزول. اترك القليل من السلك مكشوفًا في النهاية لتجعيد. مرة أخرى ، يجب أن يكون هذا التجعيد هو المناسب للموصل الخاص بك.

تجعيد نهايات الثرمستور. إذا استطعت ، احصل على القليل من الحرارة يتقلص في أسنان التجعيد الأولى لتخفيف الضغط. لا تبالغ في ذلك على الرغم من ذلك ، حيث يجب أن تظل الأسلاك متصلة للحصول على اتصال كهربائي جيد.

الآن أصبح الثرمستور جاهزًا للتوصيل بالموصل.

تجميع الموصل

يمكنك استخدام أي نوع من الموصلات ذات 4 أطراف في الجزء العلوي من الجديلة ؛ بعد إجراء بعض التجارب ، قررنا استخدام موصلات Molex Nanofit. (هذا ما يستخدمه ثنائي الفينيل متعدد الكلور لدينا.) لديهم مظهر جانبي منخفض على لوحة الدائرة ، واتصال ميكانيكي قوي بمشبك لإبقائهم مقفلين ، ولكن لا يزال من السهل إدخالهم وإزالتهم.

تعمل موصلات Nanofit معًا على ثلاث مراحل:

أولاً ، أدخل طرفي الثرمستور المجعد في الوعاءين المركزيين على النصف الذكر للموصل.

بعد ذلك ، أدخل النهايتين العلويتين المجعدتين لسلك جديلة في أقصى اليمين واليسار أوعية على النصف الذكر للموصل.

بمجرد وضعها في مكانها ، أدخل التجنيب في الأوعية. يساعد هذا في تثبيت التجعيد في مكانه حتى لا يسحب الجديلة الموصل.

يوجد النصف الأنثوي من الموصل على لوحة الدائرة ، ويربط أطراف الشعر بدائرة القيادة ودائرة اللمس السعوية ، ومحطات الثرمستور بأردوينو لاستشعار درجة الحرارة.

جاهز للذهاب

الآن ، السلك جاهز للتضفير.

الخطوة 6: التضفير والطباشير

هناك عدة طرق لتجديل الشعر حول الأسلاك الداخلية. لاستشعار اللمس السعوي ، يجب كشف بعض الأسلاك. ومع ذلك ، للحصول على جديلة طبيعية تمامًا وإخفاء التكنولوجيا ، يمكن جدل السلك بالكامل من الداخل. لا يمكن لهذا النوع من الضفائر أن يقوم باستشعار اللمس بشكل فعال ، ولكن لا يزال بإمكانه تفعيله بتغيير جذري في اللون والشكل.

نمط جديلة 1: 4-ستراند للمس بالسعة

سيوضح لك هذا البرنامج التعليمي الجديل كيفية عمل جديلة ذات 4 خيوط. ضع في اعتبارك أنه في حالتك ، فإن أحد "الخيوط" هو في الواقع الأسلاك! تحقق من الصور أعلاه لإعداد التضفير الخاص بنا ، باتباع نمط 4 خيوط مع ثلاثة خصلات شعر وسلك واحد.

نمط جديلة 2: أسلاك غير مرئية

في هذه الضفيرة تقوم بعمل ضفيرة من ثلاثة خصلات (هذا ما يعتقده معظم الناس عندما يفكرون في "جديلة") ، وتقوم فقط بربط الأسلاك بأحد الخيوط. إليك برنامج تعليمي رائع لضفيرة من ثلاثة خيوط.

طباشير بأصباغ حرارية

إذا كنت ترغب في تغيير لون الضفيرة عند تشغيلها ، فيجب طباشير بأصباغ حرارية. أولاً ، قم بتعليق الضفائر على شيء ما ، فوق طاولة مغطاة بالبلاستيك (ستصبح الأشياء فوضوية قليلاً). اتبع تعليمات السلامة الخاصة بالحبر الحراري (ارتدِ القفازات إذا لزم الأمر!). بالتأكيد ارتدِ قناعًا للهواء - فأنت لا تريد أبدًا أن تتنفس أي جسيمات. الآن ، خذ فرشاة للألم ، واسكب بعض البودرة الحرارية على ضفيرتك ، بدءًا من الأعلى. "دهن" برفق أسفل الجديلة ، امسح البودرة في الضفيرة قدر الإمكان. ستفقد بعضًا منها (ولكن إذا سقطت على مفرش المائدة البلاستيكي ، يمكنك إنقاذه من أجل الجديلة التالية). يمكنك مشاهدة اللقطات المتتابعة التي شاركناها أعلاه لترى كيف فعلنا ذلك!

الخطوة السابعة: ارتداء التقنية

يمكن تركيب اللوحات الكهربائية والبطاريات على طوق رأس أو مشبك شعر. بدلاً من ذلك ، للحصول على أسلوب أكثر دقة ، يمكن عمل الضفائر بأسلاك أطول في النهايات. يمكن توجيه هذه الأسلاك تحت الشعر الطبيعي ، أو القبعات ، أو الأوشحة ، أو أي ميزات أخرى إلى مكان آخر على الجسم مثل أسفل القميص أو القلادة. وبهذه الطريقة ، يصبح الشعر أقل وضوحًا على الفور كتقنية يمكن ارتداؤها.

يمكن تقليص الدوائر ، مع مراجعات إضافية ومنطق متكامل وشرائح بلوتوث. يمكن إخفاء مثل هذه الدائرة الصغيرة بسهولة أكبر على مشبك شعر مزخرف ، وما إلى ذلك ، ولكن الطاقة ستظل مشكلة ، لأن البطاريات في الوقت الحالي تصبح صغيرة جدًا. بالطبع ، يمكنك توصيله بالحائط ، لكن بعد ذلك لا يمكنك الذهاب بعيدًا.

يمكنك أن ترى نموذجًا أوليًا رائعًا يتم ارتداؤه في الفيديو أعلاه. (ستتم إضافة المزيد من صور المرفقات النهائية بعد العرض التوضيحي العام.)

نسيج

ستتمكن قريبًا من العثور على حاوية ثلاثية الأبعاد قابلة للطباعة للدوائر في مستودع جيثب الخاص بنا.يمكن أن ينزلق هذا على رباط شعر أو تعديله لعوامل الشكل الأخرى.

الخطوة 8: نظرة عامة على البرنامج

في github repo الخاص بنا ، ستجد العديد من رسومات Arduino التي توضح طرقًا مختلفة للتحكم في الشعر.

الرسم 1: demo_timing

هذا عرض توضيحي أساسي لوظيفة محرك الأقراص. يتم تشغيل الشعر وإيقاف تشغيله في فترة محددة من الثواني ، ويومض مؤشر LED الموجود على اللوحة عند التشغيل.

رسم 2: demo_captouch

هذا عرض توضيحي لاستشعار اللمس السعوي. سيؤدي لمس الشعر إلى تشغيل مؤشر LED الموجود على اللوحة. قد تضطر إلى ضبط عتبات اللمس السعوية اعتمادًا على بيئتك ودائرتك.

رسم 3: demo_pcb_bluetooth_with_drive_captouch

عرض توضيحي متكامل لاتصالات البلوتوث واستشعار اللمس بالسعة والقيادة. قم بتنزيل تطبيق Bluefruit LE Connect على هاتف ذكي. سيرسل الرمز إشارة بلوتوث عند لمس الجديلة ، وطباعة النتيجة إلى التطبيق. سيؤدي الضغط على الأزرار الموجودة على وحدة التحكم في التطبيق إلى بدء تشغيل الضفائر وإيقاف تشغيلها. لاحظ أنه تم إعداد pinouts لإصدار PCB الخاص بنا. إذا قمت بتوصيل دبوس INH معدد الإرسال بمسمار رقمي كما هو الحال في مخطط PCB ، فقد تضطر إلى إضافة سطر في الكود لدفع هذا الدبوس إلى مستوى منخفض (لقد اختصرناه للتو على الأرض).

يتضمن هذا الرمز أيضًا طريقة معايرة ، يتم تشغيلها عن طريق إرسال حرف "c" عبر واجهة UART في التطبيق.

معايرة اللمس بالسعة

نظرًا لأن استشعار اللمس السعوي حساس للعوامل البيئية مثل الرطوبة ، أو أن يتم توصيله بجهاز كمبيوتر أم لا ، فإن هذا الرمز سيسمح لك بتحديد قيمة عتبة مناسبة لاستشعار اللمس السعوي الدقيق. يمكنك العثور على مثال على ذلك في demo_pcb_bluetooth_with_drive_captouch code. ملاحظة واحدة هي أن السعة تتغير أيضًا مع الحرارة. لم نتعامل بعد مع المشكلة حيث تؤدي الحرارة بعد التشغيل إلى حالة "اللمس".

مراقبة البطارية

توجد أمثلة على مراقبة البطارية في الرسم التخطيطي demo_pcb_bluetooth_with_drive_captouch. سيضيء مؤشر LED الموجود على اللوحة عندما ينخفض شحن بطارية واحدة عن عتبة معينة ، على الرغم من أنه لا يميز بين بطارية التحكم وبطارية محرك الأقراص.

قفل درجة الحرارة (قفل أمان)

تتيح لنا مراقبة درجة حرارة الضفيرة إيقاف تشغيل الطاقة إذا ارتفعت درجة حرارتها. يتم جمع هذه البيانات من الثرمستور المنسوج في الجديلة. يمكن العثور على مثال على ذلك في الرسم التخطيطي demo_pcb_bluetooth_with_drive_captouch.

الخطوة 9: تحميل وتعديل الكود

نستخدم بيئة Arduino القياسية لكتابة التعليمات البرمجية لـ HairIO ، وتحميلها على اللوحات.

يمكن الحصول على Arduino Nanos من عدة مصادر ؛ اشتريناها ، والتي تتطلب برامج ثابتة إضافية للعمل مع بيئة Arduino. يمكنك اتباع هذه التعليمات لإعدادها على جهازك. إذا كنت تستخدم Arduino Nano قياسيًا (أي ، هذه) ، فلن تحتاج إلى القيام بهذه الخطوة الإضافية.

عند تعديل الرمز ، تأكد من أن دبابيس جهازك تطابق داراتك. إذا قمت بتغيير دبوس ، فتأكد من تحديث تصميم ورمز اللوحة.

من المهم ملاحظة أن مكتبة اللمس السعوية Illutron التي نستخدمها تعتمد على شريحة أجهزة معينة (Atmega328p). إذا كنت تريد استخدام متحكم مختلف ، فتأكد من توافقه وإلا سيتعين عليك تعديل هذا الرمز. (لم نرغب في الدخول إلى هذا المستوى المنخفض من التعليمات البرمجية لهذا المشروع ، لذلك نحن نقدر بشدة عمل Illutron. يمكن أن تصبح المزامنة مع توقيت الأجهزة مشعرًا جدًا!)

الخطوة العاشرة: التصاميم المستقبلية: الأفكار والمبادئ التوجيهية الخاصة بالتعديلات

الاستجابة الحرارية

إذا كنت ترغب في معرفة المزيد عن سلوك الاستجابة الحرارية للضفائر ، يمكنك العثور على نماذج رياضية للشعر في ورقتنا البحثية. الشيء الرئيسي هو أن تغيير اللون والشكل سيتم تفعيله في أوقات مختلفة وبترتيبات مختلفة بناءً على كمية الشعر العازل حول السلك ، وكمية الطاقة المزودة (التي تغير مدى سرعة تسخينها)

تحسينات الدائرة:

• قد يسمح لك تحويل وحدة البلوتوث إلى اليمين بجعل ارتفاع التراص أقصر ، حيث لن يتم تشغيله في موصل Arduino USB. هناك أيضًا لوحات Arduino مع وحدات بلوتوث مدمجة (لكن معظمها يحتوي على شريحة مختلفة ، لذا فإن استخدامها سيتضمن تغييرات في الكود).
• قد تتغير آثار أقدام موصل البطارية وفقًا لأنواع البطاريات التي تستخدمها.
• تعد بصمة المفتاح عامة ومن المحتمل أن يتم استبدالها ببصمة ما تريد استخدامه.
• قد ترغب في أن تكون قادرًا على PWM دائرة القيادة للتحكم في الطاقة من خلال جديلة ؛ للقيام بذلك ، يجب تحويل دبوس إشارة محرك الأقراص إلى D3 أو دبوس PWM لجهاز آخر.
• إذا قمت بعكس أزواج المضاعفات (على سبيل المثال ، braid1 drive و braid2 touch على القناة 0 ، و braid2 drive و braid1 touch على القناة 1 ، بدلاً من اللمس والقيادة لنفس الجديلة على قناة واحدة) ، ستكون قادرًا على الشعور بالسعة المس على جديلة واحدة أثناء قيادة الجديلة الأخرى ، بدلاً من منعك من القيام بأي استشعار سعوي على الإطلاق أثناء القيادة.

• قد تسمح بعض التعديلات لبطارية واحدة بالتحكم في كل من المنطق والقيادة. تشمل عدة اعتبارات:

  • سيؤدي الجهد العالي (مثل بطارية 7.4 LiPo) إلى إعادة تشغيل Arduino من خلال دائرة الاستشعار بالسعة والدبوس الرقمي. هذا ليس جيدًا للأردوينو على المدى الطويل. يمكن إصلاح ذلك عن طريق تضمين ترانزستور آخر بين دائرة الاستشعار بالسعة والشعر.
  • قد يؤدي سحب القوة المفرطة من الشعر إلى اللون البني من Arduino. قد يتم إصلاح هذا عن طريق PWM'ing إشارة محرك الأقراص.

تحسينات البرامج

يمكن استخدام استشعار اللمس التكاثفي بالتردد المكنوس لاكتشاف العديد من أنواع اللمسات ، على سبيل المثال إصبع واحد أو إثنين ، القرص ، التدوير … هذا يتطلب مخطط تصنيف أكثر تعقيدًا من العتبة الأساسية التي نوضحها هنا. تتغير السعة مع درجة الحرارة. إن تحسين رمز استشعار اللمس لأخذ ذلك في الاعتبار سيجعل الاستشعار أكثر موثوقية

بالطبع ، إذا قمت بإنشاء نسخة من HairIO ، فنحن نحب أن نسمع عنها

الخطوة 11: ملاحظات السلامة

HairIO عبارة عن منصة بحث ، ولا يُقصد بها أن تكون منتجًا تجاريًا أو منتجًا للاستخدام اليومي. عند صنع جهاز HairIO الخاص بك وارتدائه ، يرجى مراعاة الاعتبارات التالية:

يسخن

نظرًا لأن جهاز HairIO يعمل عن طريق التسخين المقاوم ، فمن المحتمل حدوث ارتفاع في درجة الحرارة. إذا فشل الثرمستور أو لم يكن قريبًا بدرجة كافية من الجديلة ، فقد لا يتمكن من قراءة درجة الحرارة بشكل صحيح. إذا لم تقم بتضمين رمز إيقاف درجة الحرارة ، فقد يسخن أكثر مما هو مقصود. على الرغم من أننا لم نشهد حروقًا مع HairIO من قبل ، إلا أنه اعتبار مهم.

بطاريات

في HairIO ، نستخدم بطاريات LiPo كمصادر للطاقة لدينا. تعتبر LiPos أدوات رائعة ، حيث إنها قابلة لإعادة الشحن ويمكن أن توفر تيارًا عاليًا في عبوة صغيرة. كما يجب معاملتهم بعناية ؛ إذا تم شحنها أو ثقبها بشكل غير صحيح ، فقد تشتعل فيها النيران. يرجى الاطلاع على هذه المراجع لمعرفة المزيد حول رعاية LiPos الخاص بك: دليل شامل ؛ نصائح سريعة.

أصباغ حرارية

تلك التي نستخدمها غير سامة ، لكن من فضلك لا تأكلها. اقرأ إرشادات الأمان لأي شيء تشتريه.

الخطوة 12: المراجع والروابط

نحن هنا نجمع المراجع والروابط في هذا Instructable لسهولة الوصول إليها:

تصفيف الشعر

HairIO: شعر الإنسان كمادة تفاعلية - هذه هي الورقة الأكاديمية التي تم فيها تقديم HairIO لأول مرة.

HairIO Github repo - ستجد هنا git repo لجميع المخططات والرموز المستخدمة في هذا العرض التوضيحي ، بالإضافة إلى بعض أوراق البيانات الخاصة بالمكونات المهمة.

يوتيوب - شاهد الشعر وهو يعمل!

فاتورة المواد لـ HairIO PCB

تعمل باللمس بالسعة

Touché: تحسين التفاعل باللمس على البشر والشاشات والسوائل والأشياء اليومية

تعليمات لإصدار Arduino من Touche + Illutron Github repo لرمز Arduino

بلوتوث

وحدة بلوتوث

تطبيق بلوتوث

سلامة بطارية LiPo

دليل شامل

نصائح سريعة

تقنيات أخرى متعلقة بالشعر

أدوات الشعر ، كاتيا فيجا

النار ، الغيب

المؤلفون

مختبر علم البيئة الهجين

كريستين ديرك

مولي نيكولاس

سارة ستيرمان