Get best of the week

Payet pintar



Dalam artikel ini, saya akan berbicara tentang bagaimana kami mengembangkan perangkat reproduksi warna elektromekanis mini untuk pakaian pintar dan sistem kamuflase adaptif.

Prolog

“Dia mulai memanjat batang pohon. Mekanisme jas segera mulai bekerja, dicat dengan warna kulit pohon, berbintik-bintik cahaya bulan. "

Scott Westerfield Spesial

Setelah membaca kalimat-kalimat ini, imajinasi saya ditangkap oleh ide ini! Setelan yang mampu beradaptasi dengan kondisi lingkungan, mengubah warna, pola, tekstur. Sistem kamuflase optik yang hebat. Dan selain itu, pakaian yang dapat mengubah penampilan atas permintaan pemilik atau tergantung pada parameter fisiologisnya.
"Dia mengenakan setelan bunglon polikarbon, yang mampu mereproduksi gamut warna apa pun dengan perintah mental pemiliknya, mengekspresikan perubahan dalam suasana hatinya."

Ulyam Gibson "Neuromantic"

Penulis karya sastra dan film menggunakan kostum bunglon sesuka mereka. Tetapi apakah ada perkembangan nyata di bidang ini?
Tinjauan literatur menunjukkan bahwa berbagai negara sedang mengembangkan sistem kamuflase adaptif, dan berbagai perangkat reproduksi warna digunakan:

  • Matriks LED polimer (tampilan PLED), 2011, sistem CAMELEON;
  • polimer yang peka terhadap panas , pada tahun 2014, para peneliti dari University of Houston mempublikasikan hasil kerja membuat matriks elemen yang dapat mengubah transparansi mereka ketika dipanaskan;
  • display transflektif , pada 2015, Folium Optik memperkenalkan prototipe yang berfungsi di pameran teknologi militer internasional DSEI.
  • polimer elektroaktif , pada 2018, pengembang Rusia mempresentasikan prototipe yang berfungsi di forum Angkatan Darat.

Tetapi hampir semua perkembangan berada pada tahap uji laboratorium dan prototipe.

Dalam proses menemukan ide untuk mengimplementasikan sesuatu yang serupa, saya menemukan sesuatu yang baru.
Suatu kali mereka bertanya kepada saya, "Apakah Anda tahu apa itu payet?"

Di sinilah cerita pengembangan dimulai ...

Payet


Pada awalnya, ketika saya memberi tahu teman dan kolega saya tentang apa yang saya lakukan sekarang, mereka menghentikan kisah saya di awal dan menanyakan pertanyaan yang sama: "Payet?"
Karena itu, saya akan segera menjelaskan apa yang dipertaruhkan.

Sequin ("butiran emas pasir" Prancis) adalah elemen dekoratif dari pakaian, yang merupakan lingkaran kecil plastik (serpihan), memiliki lubang kecil, diimbangi ke tepinya, digunakan untuk memperbaikinya (dengan menjahit) pada kain atau bahan lain.



Selain itu, lingkaran plastik ini memiliki "trik", mereka dapat memutar (gulir), menunjukkan pengamat satu atau sisi lain, yang dapat dicat dengan warna berbeda.

Secara umum, itu tampak menarik bagi saya. Kain payet mengingatkan saya pada tampilan LED, hanya dengan resolusi rendah dan reproduksi warna yang buruk. Tetapi di sisi lain, mereka bekerja pada cahaya yang dipantulkan dan ditempatkan secara fleksibel (pakaian atau elemen-elemennya).

Akan lebih keren untuk membuat payet yang secara mandiri dapat "menembus" dan mengubah warna yang saat ini ditunjukkan kepada pengamat. Banyak dari perangkat ini akan digabungkan menjadi sebuah matriks yang mampu mereproduksi berbagai pola, menampilkan teks, gambar, dan semua ini dalam dinamika!

Payet elektronik


Untuk mulai dengan, beberapa sketsa dibuat dan persyaratan teknis untuk produk masa depan dirumuskan:

  • gunakan setidaknya 2 warna;
  • ukurannya sebanding dengan payet nyata;
  • ringan dan konsumsi daya;
  • .

1


Setiap payet elektronik terdiri dari basis yang melekat pada basis masa depan (kain). Di pangkalan terletak elektronik, untuk kontrol, dan drive kelopak.

Kelopak terletak pada poros yang sama.

Diputuskan bahwa versi pertama akan memiliki 3 warna:



Untuk prototipe pertama, ukuran bukanlah hal yang paling penting, jadi biarkan payetnya menjadi sedikit lebih besar dari apa yang ditentukan dalam pernyataan kerja.

Struktur unit kontrol elektronik:



platform ArduinoNANO dipilih sebagai pengontrol. Torsi dari motor (motor pengumpul) ke payet akan ditransmisikan melalui gigi cacing. Sebagai sensor untuk posisi kelopak, resistor variabel digunakan, diekstraksi dari servos SG90 kecil.

Ini berfungsi seperti ini:


Semuanya sebagaimana mestinya! Satu-satunya hal yang tidak menyenangkan adalah kecepatan rendah kelopak bunga, tetapi untuk proses debugging itu. Selain itu, kami memperbaiki hal ini dalam prototipe berikutnya.

Versi 2


Dalam model baru, kami hanya mengubah komposisi unit kontrol elektronik dan menambahkan papan sirkuit cetak sehingga payet berubah menjadi modul penuh. Sekarang semuanya dikendalikan oleh mikrokontroler ATtiny44 8-bit melalui driver mesin L293DD.

Begini tampilannya:



Dan ini cara kerjanya:


Seperti yang Anda lihat, sejauh ini tidak ada pembicaraan tentang protokol pertukaran data digital. Pertama, Anda harus berurusan dengan mekanik.

Versi 3


Dalam versi berikutnya, kami menetapkan sendiri tugas untuk meningkatkan jumlah warna yang dapat direproduksi menjadi 5. Untuk melakukan ini, kita perlu meningkatkan jumlah kelopak menjadi 4, dan membuatnya secara bergantian membolak-balik satu dan yang lainnya. Cara termudah, tentu saja, adalah meningkatkan jumlah drive, tetapi dalam hal ini perlu menempatkan sebanyak 5 motor di payet! Ini adalah peningkatan berat, dimensi, komplikasi dari unit kontrol elektronik. Kami memutuskan bahwa ini adalah cara yang salah.

Untuk mencapai hasilnya, kami mencoba berbagai cara. Salah satu yang pertama dan paling menarik, menurut saya, adalah menggunakan torsi hanya satu mesin untuk menggerakkan kelopak melalui roda gigi mekanis.

Ini adalah bagaimana prototipe pertama yang kami rakit terlihat seperti:



Dan itu berhasil:


Tentu saja, baik sudut kecepatan maupun putaran tidak dihitung dalam model demo ini. Bagi kami itu terlalu rumit, ya, dan sejumlah besar komponen mekanis akan sulit diterapkan untuk dimensi yang lebih kecil. Namun demikian, opsi ini berhasil.

Pada akhirnya, kami menetapkan skema ini:



Faktanya, kami menyelamatkan unit kontrol elektronik dari prototipe pertama, tetapi mengubah peran motor, menambah komponen mekanis dan mengganti sensor posisi lobus dengan sakelar batas optik. Diputuskan untuk menggunakan torsi satu motor, dan dengan bantuan gearbox (transfer case) untuk mengirimkannya ke setiap lobus secara berurutan. "Transmisi" saat ini dimonitor menggunakan resistor variabel slide.

Seperti inilah bentuk mekanisme baru:



Anehnya, itu bekerja tidak buruk:


Tapi tetap saja dia memiliki lebih banyak kerugian daripada keuntungan:

  • sejumlah besar roda gigi mekanik (keandalan rendah);
  • banyak sensor yang perlu dikalibrasi;
  • dimensi besar;
  • kecepatan rendah kelopak.

Menyadari bahwa pada tahap ini kami tidak dapat menawarkan alternatif apa pun, kami mulai bekerja ke arah yang berbeda.

Payet pintar


Akhirnya, kami memutuskan untuk serius memperhatikan ukuran payet kami. Penting untuk setidaknya mendekati dimensi elemen pakaian dekoratif ini. Dan kami membuatnya jauh lebih kecil:



Jumlah warna yang direproduksi dikurangi menjadi 2, seperti payet nyata. Sebuah motor miniatur diambil sebagai drive untuk lobus-satunya ( saya menulis tentang hal itu secara rinci di sini ).

Nilai waktu pengalihan antar warna diperoleh dengan perhitungan sederhana. Motor mengambil 8 langkah dengan jeda antara langkah 10 ms. Perhitungan hanya memungkinkan perkiraan perkiraan waktu switching.

Arus diam masih merupakan jumlah yang signifikan, tetapi jika Anda menggunakan mode daya rendah controller dan driver, Anda dapat mengurangi nilai ini.

Struktur baru unit kontrol payet elektronik:



Kami memutuskan untuk mempertahankan basis elemen dengan pengontrol ATtiny44 dan driver L293DD.

Diagram skematis perangkat:



Papan sirkuit kecil dicetak untuk payet:



Karena ukuran perangkat yang kecil, kami harus meletakkan sirkuit mikro di kedua sisi papan, pada kenyataannya, mereka menempati hampir semua ruang di atasnya. Hal ini diperlukan untuk mengubah basis elemen ...

Penampilan dewan dan perakitan payet:



Lembut


Tampaknya bagi kami bahwa akan sangat nyaman jika payet berperilaku serupa dengan LED di strip LED alamat. Oleh karena itu, protokol pertukaran data dilaksanakan sebagaimana mestinya. Pengontrol kontrol matriks menggerakkan bit stream untuk semua elemen matriks di bus, membingkai paket dengan pembagi start dan stop. Dalam keadaan tidak aktif, saluran ditarik ke Vcc.



Karena payet ini mereproduksi hanya dua warna, hanya satu bit yang dialokasikan untuk masing-masing dalam paket.



Payet pertama di baris memperhatikan pemisah mulai, membaca bit pertama yang dimaksudkan untuk itu, dan mentransfer sisanya ke yang kedua tanpa perubahan. Payet kedua di baris hanya membaca bit pertama dan mentransfer sisanya lebih jauh ke bawah rantai. Dengan demikian, dimungkinkan untuk menghubungkan sejumlah besar modul dengan kemampuan untuk mengontrol masing-masing secara terpisah, tanpa menggunakan alamat.

Bit mengikuti satu demi satu secara berkala. Durasi level logika tinggi menentukan "0" atau "1" dikodekan oleh pulsa ini. Semua prosedur yang terkait dengan pertukaran data dalam payet diimplementasikan melalui interupsi. Pemisah awal ditetapkan pada sisi jatuh pada garis PA3 (interupsi eksternal), kemudian timer mulai, yang menghasilkan interupsi pada interval reguler. Dalam pengatur waktu interupsi, interval waktu dan durasi pulsa dihitung.

Mereka tidak membuka sesuatu yang baru, dan tidak mungkin ada hal lain yang dapat ditemukan untuk antarmuka satu kawat.

Platform Arduino, yang berkomunikasi dengan komputer, bertindak sebagai pengontrol matriks (atau lebih baik untuk mengatakan rekaman) dari payet. Kami menulis sebuah aplikasi kecil di lingkungan Pemrosesan, yang memungkinkan menggunakan matriks 4 payet menggunakan antarmuka grafis:


Tentang fungsionalitas


Mari kita pikirkan tentang keuntungan yang bisa diberikan oleh pakaian yang bisa berubah warnanya melalui penggunaan payet elektromekanis.

Hal pertama yang terlintas dalam pikiran adalah penggunaan payet dalam desain pakaian modern. Jika Anda mencari sedikit informasi tentang tren dalam desain pakaian modern, Anda sering dapat memenuhi frasa "tekstil pintar", "kain pintar", banyak referensi untuk perancang busana yang mencetak pakaian mereka pada printer 3D dan keajaiban teknologi lainnya dari industri fashion. Saya percaya bahwa payet elektromekanis cocok sangat organik ke dalam konsep ini.

Aplikasi lain adalah sistem kamuflase adaptif (aktif), seperti disebutkan di atas.

Selain itu, setiap kelopak payet dapat memiliki tekstur mengkilap atau matte, dan dicat dalam warna berbeda, yang berarti bahwa payet akan menyerap radiasi matahari dengan cara yang berbeda. Dengan demikian, pemilik pakaian tertutupi dengan payet seperti itu, menjadi mungkin untuk mengontrol iklim mikro mereka.



Selain itu, kelopak bawah mungkin memiliki "pori-pori" khusus yang dapat dibuka dan ditutup oleh kelopak atas, kelembaban yang berlebihan dapat menguap melalui "pori-pori" ini.



Pada saat yang sama, jika hujan turun di luar, maka payet dapat dengan andal menutup "pori-pori", mencegah kelembaban masuk ke dalam pakaian.

Sedikit angka


Misalkan kita sudah berhasil memecahkan masalah menempatkan payet elektronik pada bahan elastis, atau, kita menciptakan semacam "kanvas mekanik" dari perangkat kecil ini. Apa karakteristik yang dimiliki kanvas (pada tahap ini)?

Perkirakan biaya pembuatan satu payet.

Catatan:

1. Harga eceran - harga eceran rata-rata untuk komponen elektronik di kota saya.

2. Grosir - memesan komponen elektronik dalam batch dari Cina.


* lembar 208x248mm - 216 rubel. (Slist = 51584mm ^ 2), S-board = 391mm ^ 2, N papan pada lembar = 51584/391 = 131 pcs, biaya 1 papan = 1,64 rubel.
** koil 1kg -1000 gosok., biaya 1 set bagian = 1 gosok.

Ternyata dalam produksi massal biaya satu elemen sedikit kurang dari 100 rubel.

Kami akan menghitung jumlah payet yang diperlukan untuk membuat kanvas dengan luas 1 m2:

  • Luas satu payet S1 = 391mm2
  • Luas kanvas Sp = 1000000mm2
  • Jumlah payet pada kanvas N = 2558 pcs
  • Payet berat m1 = 3.5g
  • Massa kanvas dengan luas 1m2 Mp = 8951g
  • Biaya utama kain dengan luas 1 m2: 240306 gosok
  • Konsumsi daya saat istirahat: Imin = 76A
  • Konsumsi daya saat mengganti semua elemen web: Imax = 306A

Eh ... jangan menjahit gaun dari payet elektronik ...

temuan


Di sini Anda dapat dengan lancar melanjutkan ke kesimpulan, dan berbicara tentang kerugian menggunakan perangkat mereproduksi warna elektromekanis secara umum, dan khususnya payet kami.

Itu biasa


  1. Kehadiran bagian yang bergerak, kerentanan terhadap kerusakan mekanis, keandalan elemen matriks individu yang rendah, kerentanan terhadap polusi.
  2. Palet kecil warna yang bisa direproduksi.
  3. .


  1. .
  2. . : «» .
  3. . : , , , , .
  4. .
  5. .


  1. «» .
  2. .
  3. .
  4. , , .

Secara umum, pemikirannya bagus, implementasinya ternyata kurang bagus ... Meskipun demikian, pengerjaan “smart sequin” terus berlanjut. Segera kami akan mencoba untuk menempatkannya pada pakaian, dan kami pasti akan membagikan hasilnya.

More articles:


All Articles