HairIO: Włosy jako materiał interaktywny: 12 kroków (ze zdjęciami)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Ostatnio zmodyfikowany: 2024-01-30 11:32

HairIO: Włosy ludzkie jako materiał interaktywny

Włosy to wyjątkowy i mało zbadany materiał dla nowych technologii noszenia. Jego długa historia kulturowej i indywidualnej ekspresji sprawia, że jest to owocne miejsce dla nowatorskich interakcji. W tej instrukcji pokażemy Ci, jak tworzyć interaktywne przedłużanie włosów, które zmieniają kształt i kolor, wyczuwają dotyk i komunikują się przez Bluetooth. Użyjemy niestandardowego obwodu, Arduino Nano, płytki Bluetooth Adafruit, stopu z pamięcią kształtu i pigmentów termochromowych.

Ten Instructable został stworzony przez Sarah Sterman, Molly Nicholas i Christine Dierk, dokumentując pracę wykonaną w Hybrid Ecology Lab na Uniwersytecie Kalifornijskim w Berkeley z Ericiem Paulosem. Analizę tej technologii i pełne studium można znaleźć w naszym artykule, zaprezentowanym na TEI 2018. W tym Instructable znajdziesz obszerną dokumentację sprzętową, programową i elektroniczną, a także informacje o decyzjach projektowych, które podjęliśmy i zmaganiach, z którymi się borykaliśmy.

Zaczniemy od krótkiego przeglądu systemu i przykładów korzystania z HairIO. Następnie omówimy zaangażowaną elektronikę, a następnie przejdziemy do sprzętu i tworzenia przedłużeń włosów. Ostatnie sekcje zawierają kod i kilka wskazówek dotyczących wprowadzania modyfikacji.

Linki do poszczególnych zasobów będą podane w każdej sekcji, a także zebrane na końcu.

Miłego robienia!

Krok 1: Jak to działa?

Przegląd

System HairIO działa na dwóch podstawowych zasadach: pojemnościowy dotyk i ogrzewanie rezystancyjne. Wyczuwając dotyk, możemy sprawić, by pasmo włosów reagowało na dotyk. A podgrzewając przedłużenie, możemy spowodować zmianę koloru za pomocą pigmentów termochromowych i zmianę kształtu za pomocą stopu z pamięcią kształtu. Chip bluetooth umożliwia również urządzeniom takim jak telefony i laptopy komunikowanie się z włosami, aby spowodować zmianę kształtu lub koloru lub odbieranie sygnału po wykryciu dotyku włosów.

Przykładowe interakcje i zastosowania

HairIO to platforma badawcza, co oznacza, że chcielibyśmy zobaczyć, co z nią zrobisz! Niektóre zaprojektowane przez nas interakcje są pokazane w powyższych filmach lub w naszym kompletnym filmie na Youtube.

Warkocz zmieniający kształt może powiadamiać użytkownika o wiadomości tekstowej poprzez delikatne łaskotanie ucha użytkownika podczas ruchu.

A może może dać użytkownikowi wskazówki, przesuwając się w pole widzenia, aby wskazać, w którym kierunku należy skręcić.

Włosy mogą się radykalnie zmienić, jeśli chodzi o styl lub wydajność. Styl może zmieniać się w ciągu dnia lub aktualizować się w przypadku konkretnego wydarzenia.

Włosy mogą również umożliwiać interakcje społeczne; wyobraź sobie splatanie powiększonych włosów przyjaciela, a następnie możliwość zmiany koloru włosów przyjaciela, dotykając własnego warkocza z daleka.

składniki

Całe wykrywanie, logika i sterowanie są obsługiwane przez niestandardowy obwód i Arduino Nano, noszone na głowie. Obwód ten składa się z dwóch głównych elementów: pojemnościowego obwodu wykrywania dotyku oraz obwodu sterującego do przełączania zasilania na oplot. Komercyjne przedłużanie włosów jest splecione wokół drutu nitinolowego, który jest stopem z pamięcią kształtu. Drut ten utrzyma jeden kształt po ostygnięciu i przejdzie do drugiego kształtu po podgrzaniu. Możemy wytrenować prawie każdy drugi kształt w drut (opisany w dalszej części tej instrukcji). Dwa akumulatory LiPo zasilają obwód sterujący na 5V, a włosy na 3,7V.

Krok 2: Elektronika

Sterowanie i pojemnościowy dotyk

Pojemnościowy obwód dotykowy został zaadaptowany z projektu Disneya Touché, dzięki tej wspaniałej instrukcji dotyczącej replikacji Touche na Arduino. Ta konfiguracja obsługuje pojemnościowe wykrywanie dotyku o zmiennej częstotliwości i pozwala na bardziej złożone rozpoznawanie gestów niż zwykły dotyk / brak dotyku. Jedna uwaga jest taka, że pojemnościowy obwód dotykowy i kod przyjmują konkretny układ Arduino, Atmega328P. Jeśli zdecydujesz się na użycie alternatywnego układu mikrokontrolera, może być konieczne przeprojektowanie kodu lub znalezienie alternatywnego mechanizmu wykrywania.

Obwód sterujący wykorzystuje logikę Arduino Nano i analogowy multiplekser, aby umożliwić sekwencyjne sterowanie wieloma warkoczami z tego samego obwodu i baterii. Dotyk pojemnościowy jest wykrywany niemal jednocześnie, dzięki szybkiemu przełączaniu się między kanałami (tak szybko, jakbyśmy wyczuwali oba jednocześnie). Aktywność plecionek jest ograniczona dostępną mocą. Włączenie większej mocy lub dodatkowych baterii może umożliwić jednoczesne uruchamianie, jednak tutaj dla uproszczenia ograniczyliśmy się do uruchamiania sekwencyjnego. Dostarczony schemat obwodu może sterować dwoma oplotami (ale multiplekser w obwodzie może obsługiwać do czterech!).

W przypadku najprostszej wersji układu należy wyjść z multipleksera i sterować pojedynczym oplotem bezpośrednio z Arduino.

Obwód napędowy i termistor

Dotyk pojemnościowy wykonujemy na tym samym przewodzie co aktywację (nitinol). Oznacza to mniej przewodów/złożoności w oplocie i więcej w obwodzie.

Obwód napędowy składa się z zestawu bipolarnych tranzystorów złączowych (BJT), które włączają i wyłączają uruchamianie włosów. Ważne jest, aby były to tranzystory bipolarne, a nie bardziej powszechne (i ogólnie lepsze) tranzystory MOSFET, ponieważ tranzystory BJT nie mają wewnętrznej pojemności. Wewnętrzna pojemność tranzystora MOSFET przytłoczy obwód czujnika dotyku.

Musimy również przełączać zarówno uziemienie, jak i zasilanie, a nie tylko zasilanie, ponownie ze względu na pojemnościowe wykrywanie dotyku, ponieważ nie ma sygnału pojemnościowego z uziemionej elektrody.

Alternatywny projekt, który wykorzystuje oddzielne źródła dla pojemnościowego dotyku i napędu, może znacznie uprościć ten obwód, jednak sprawia, że konstrukcja mechaniczna jest bardziej skomplikowana. Jeśli czujnik pojemnościowy jest odizolowany od zasilania napędu, możemy uciec z jednym przełącznikiem zasilania i może to być FET lub cokolwiek innego. Takie rozwiązania mogą obejmować metalizację samych włosów, jak w Hairware Katii Vega.

Chip Bluetooth

Użyty przez nas chip bluetooth to Bluefruit Friend firmy Adafruit. Ten moduł jest samowystarczalny i musi być tylko dołączony do Arduino, które będzie obsługiwać logikę związaną z komunikacją.

Wybór baterii

W przypadku akumulatorów potrzebujesz akumulatorów, które mogą zapewnić wystarczające napięcie do zasilania Arduino i wystarczający prąd do napędzania nitinolu. To nie musi być ta sama bateria. W rzeczywistości, aby uniknąć zaciemnienia Arduino, wszystkie nasze początkowe prototypy wykonaliśmy z dwoma bateriami: jedną do sterowania i jedną do napędu.

Arduino Nano wymaga co najmniej 5 V, a nitinol pobiera maksymalnie około 2 amperów.

Do zasilania włosów wybraliśmy akumulator 3,7 V firmy ValueHobby, a do zasilania Arduino akumulator 7,4 V firmy ValueHobby. Staraj się nie używać zwykłych baterii 9V; spłyną poniżej użyteczności w ciągu 15 minut i spowodują dużo odpadów. (Wiemy, bo próbowaliśmy…)

Różne szczegóły

Monitorowanie akumulatora: rezystor 4,7 kΩ między linią zasilania akumulatora napędowego a pinem analogowym pozwala nam monitorować ładowanie akumulatora napędowego. Potrzebujesz tego rezystora, aby bateria nie włączyła Arduino przez pin analogowy (co byłoby złe: nie chcesz tego robić). Baterię Arduino można monitorować za pomocą samego kodu - zobacz sekcję dotyczącą oprogramowania, aby zobaczyć kod demonstrujący to.

Zworka: Jest miejsce na zworkę między dwoma złączami baterii, jeśli chcesz użyć jednej baterii do zasilania wszystkiego. Grozi to wypaleniem Arduino, ale przy odpowiednim doborze baterii i niektórych programowych PWM napędu powinno działać. (Chociaż jeszcze tego nie zrobiliśmy.) (Jeśli spróbujesz - daj nam znać, jak to działa!)

Krok 3: Montaż elektroniki

Składanie obwodu razem

Układ zaprojektowaliśmy pierwotnie w dwóch częściach, łącząc obwody napędu i sterowania elastycznym przewodem. W naszej zintegrowanej wersji PCB obwody są skondensowane na jednej płytce. Pierwszy schemat pozwala na bardziej elastyczne ułożenie warkoczy na głowie, drugi natomiast jest znacznie prostszy w montażu. Możesz znaleźć pliki schematów i układów tablicy w naszym repozytorium Github. Obwody można wykonać na dwa sposoby: 1) wykonać ręcznie wersję płytki perforowanej z elementami przewlekanymi zgodnie ze schematem lub 2) wykonać płytkę PCB z dostarczonego pliku płytki (link powyżej) i zmontować z elementami do montażu powierzchniowego.

składniki

Zestawienie materiałów dla wersji PCB + plecionki znajduje się tutaj.

Sami wyfrezowaliśmy nasze testowe płytki PCB na maszynie Othermill, a następnie zamówiliśmy nasze ostateczne płytki drukowane z doskonałych obwodów Bay Area. Zarówno własna, jak i profesjonalna produkcja płytek będzie działać dobrze, chociaż ręczne powlekanie lub lutowanie wszystkich przelotek jest uciążliwe.

Porady

• Do elementów do montażu powierzchniowego użyliśmy pasty lutowniczej i pieca rozpływowego lub gorącej płyty, a następnie ręcznie lutowaliśmy elementy przewlekane.
• Zalecamy wersję płytki stykowej/płytki perforowanej do szybkiego prototypowania, a płytkę PCB do niezawodności.
• Używamy krótkich żeńskich nagłówków do trzymania Nano na płytce drukowanej, dzięki czemu można go wyjąć. Długie żeńskie nagłówki można przylutować nie całkiem równo z płytką, aby podnieść chip bluetooth na tyle wysoko, aby mógł zagnieździć się nad Arduino. (Będziesz również chciał dodać taśmę Kapton, aby zapobiec przypadkowemu zwarciu).
• Chip bluetooth faktycznie musi być przylutowany do jego męskich nagłówków do góry nogami, aby dopasować kolejność pinów na układzie PCB. (Oczywiście możesz zmodyfikować ten układ.) Dlaczego to zrobiliśmy? Ponieważ sprawia, że piny ładniej pasują do układu Arduino.

Krok 4: Przegląd sprzętu do włosów

HairIO to przedłużanie włosów splecione wokół dwóch połączonych odcinków drutu, przymocowanych do złącza i termistora do regulacji temperatury. Po całkowitym montażu można go kredować pigmentami termochromowymi. Samo wykonanie warkocza HairIO składa się z kilku etapów:

1) Wytrenuj stop z pamięcią kształtu do pożądanego kształtu.

2) Zmontuj wewnętrzny przewód, zagniatając i przylutowując odcinek stopu z pamięcią kształtu do izolowanego drutu miedzianego.

3) Zaciśnij i zaizoluj termistor.

4) Podłącz przewód i termistor do złącza.

5) Warkocz włosy wokół drutu.

6) Kredą włosy.

Omówimy szczegółowo każdy z etapów w kolejnych sekcjach.

Krok 5: Montaż drutów do włosów

Pierwsze etapy obejmują montaż przewodów wewnętrznych, które zapewniają zmianę kształtu i ogrzewanie oporowe. To tutaj decydujesz o długości plecionki, pożądanym kształcie po rozgrzaniu oraz rodzaju łącznika, którego użyjesz. Jeśli wszystkie plecionki mają wspólny typ złącza, można je łatwo zamienić na tej samej płytce drukowanej, aby uzyskać różne kształty i kolory, a także rodzaje i długości włosów.

Jeśli nie chcesz zmieniać kształtu w konkretnym oplocie, stop z pamięcią kształtu można zastąpić zwykłym drutem. Jeśli chcesz obsługiwać dotyk pojemnościowy, przewód zastępczy powinien być nieizolowany, aby uzyskać najlepszy efekt.

Trening stopu pamięci kształtu

Stosowany przez nas stop z pamięcią kształtu to nitinol, stop niklowo-tytanowy. Po ostygnięciu pozostaje w jednym kształcie, ale po podgrzaniu powraca do stanu zwanego „wytrenowanym”. Więc jeśli chcemy warkocza, który kręci się po podgrzaniu, może być prosty, gdy jest chłodny, ale należy go wytresować. Możesz stworzyć prawie każdy kształt, który chcesz, chociaż zdolność drutu do podnoszenia ciężaru jest ograniczona jego średnicą.

Przytnij nitinol do żądanej długości oplotu, pozostawiając trochę więcej na krzywizny podczas splatania oraz na połączenia u góry iu dołu.

Aby trenować nitinol, zobacz ten fantastyczny Instruktaż.

Typy warkoczy, z którymi eksperymentowaliśmy, obejmują loki, zagięcia pod kątem prostym, aby włosy mogły stać prosto i w ogóle nie trenują nitinolu. Może to zabrzmieć leniwie, ale pozwala włosom wyprostować się w dowolnym kształcie po uruchomieniu. Drut zachowa kształt, w jaki go zginasz, gdy ostygnie, np. lok, a następnie wyprostuj się z tego kształtu po podgrzaniu. Super fajnie i dużo łatwiej!

Montaż przewodów

Nitinol jest nieizolowany i biegnie tylko w jednym kierunku. Aby stworzyć kompletny obwód, potrzebujemy drugiego, izolowanego przewodu, który łączymy od dołu i wracamy do złącza na górze. (Nieizolowany przewód spowoduje zwarcie, gdy zetknie się z nitinolem i uniemożliwi równomierne nagrzewanie.)

Odciąć izolowany drut miedziany na taką samą długość jak nitinol. Użyliśmy drutu magnetycznego 30 AWG. Usuń izolację z obu końców. W przypadku drutu magnetycznego powłokę można usunąć, delikatnie spalając drut otwartym płomieniem, aż do zwęglenia izolacji i można ją wytrzeć (co zajmuje około 15 sekund przy użyciu zapalniczki). Zauważ, że to sprawia, że drut jest nieco kruchy w miejscu spalenia.

Ciekawostka na temat Nitinolu: Niestety, lut nie lubi przyklejać się do nitinolu. (To ogromny ból.) Najlepszym rozwiązaniem jest użycie zagniatanego, aby utworzyć mechaniczne połączenie z nitinolem, a następnie dodanie lutu, aby zapewnić połączenie elektryczne.

Przytrzymaj razem koniec nitinolu i nowo nieizolowanego drutu miedzianego i włóż w zacisk. Zaciśnij je solidnie razem. Jeśli potrzebna jest dodatkowa siła połączenia, dodaj odrobinę lutu. Zakryj karbek i pozostały ogonek drutu termokurczliwą, aby twoja osoba nie wbijała się w spiczaste końce. Nie ma znaczenia, jakiego rodzaju zaciskania użyjesz na dole, ponieważ jest to czysto mechaniczne połączenie między dwoma przewodami.

Na drugim końcu dodamy karbowanie na każdej końcówce drutu. Tutaj liczy się rodzaj zaciskania. Musisz użyć pasującego zacisku do swojego złącza. Te końce przewodów zostaną przymocowane do złącza w celu połączenia z płytką drukowaną.

Wykonywanie warkocza na stojąco:

Warkocze mogą być bardzo subtelne lub bardzo dramatyczne. Jeśli chcesz uzyskać dramatyczny efekt, jak na powyższym zdjęciu nakrycia głowy lub we wcześniejszym filmie przedstawiającym sytuację performatywną, potrzebny jest jeden dodatkowy krok. Plecionki wolą skręcać niż podnosić, więc muszą być usztywnione, aby utrzymać właściwą orientację. Nasza orteza ma kształt rozciągniętej litery Z (patrz zdjęcie). Nałożyliśmy zacisk na nitinol, następnie przylutowaliśmy klamrę do zacisku, a na koniec pokryliśmy całość folią termokurczliwą i taśmą elektryczną.

Przygotowanie termistora

Termistor jest opornikiem wrażliwym na ciepło, który umożliwia pomiar temperatury oplotu. Używamy tego, aby upewnić się, że warkocz nigdy nie jest zbyt gorący, aby użytkownik mógł go nosić. Dodamy termistor do tego samego złącza, do którego będzie przymocowany oplot.

Najpierw nasuń termokurczliwe na nogi termistora i użyj opalarki, aby go zmniejszyć. To odizoluje nogi, aby zapobiec zwarciu termistora z nieizolowanym nitinolem. Na końcu zostaw kawałek drutu, aby można go było zacisnąć. Ponownie, te zaciski muszą być odpowiednie dla twojego złącza.

Zaciśnij końce termistora. Jeśli możesz, nałóż trochę termokurczu na pierwsze zęby zacisku jako odciążenie. Nie wkładaj go jednak do góry, ponieważ przewody muszą nadal być połączone, aby zapewnić dobre połączenie elektryczne.

Teraz termistor jest gotowy do podłączenia do złącza.

Montaż złącza

W górnej części oplotu można użyć dowolnego złącza 4-końcówkowego; po kilku eksperymentach zdecydowaliśmy się na złącza Molex Nanofit. (To jest to, czego używa nasza płytka drukowana.) Mają niski profil na płytce drukowanej, solidne mechaniczne połączenie z klipsem, aby je zablokować, ale nadal są łatwe do wkładania i wyjmowania.

Złącza Nanofit łączą się w trzech etapach:

Najpierw włóż dwa zaciśnięte końce termistora do dwóch najbardziej środkowych gniazd na męskiej połowie złącza.

Następnie włóż dwa zaciśnięte górne końce oplotu do skrajnych lewych i prawych gniazd w męskiej połowie złącza.

Gdy są na miejscu, włóż element ustalający do pojemników. Pomaga to utrzymać zaciski na miejscu, dzięki czemu oplot nie ściąga złącza.

Żeńska połowa złącza znajduje się na płytce drukowanej i łączy końcówki włosów z obwodem napędowym i pojemnościowym obwodem dotykowym, a końcówki termistora z Arduino w celu wykrywania temperatury.

Gotowy do wyjścia

Teraz drut jest gotowy do splatania.

Krok 6: Oplatanie i kredowanie

Istnieje kilka sposobów na zaplatanie przedłużenia włosów wokół wewnętrznych przewodów. W przypadku pojemnościowego wykrywania dotyku należy odsłonić część przewodu. Aby jednak mieć całkowicie naturalnie wyglądający oplot i ukryć technologię, drut może być spleciony całkowicie od wewnątrz. Ten rodzaj warkocza nie jest w stanie skutecznie wyczuwać dotyku, ale nadal może działać z dramatyczną zmianą koloru i kształtu.

Styl warkocza 1: 4-niciowy do pojemnościowego dotyku

W tym samouczku dotyczącym warkoczy dowiesz się, jak wykonać warkocz z 4 nici. Pamiętaj, że w twoim przypadku jedną z „splotek” są tak naprawdę przewody! Sprawdź powyższe zdjęcia, aby zobaczyć nasz zestaw do plecionek, zgodnie z 4-żyłowym wzorem z trzema pasmami włosów i jednym drutem.

Styl plecionki 2: niewidoczne przewody

W tym warkoczu robi się warkocz z trzech splotów (o tym większość ludzi myśli, gdy myśli o „warkoczu”) i po prostu wiążesz przewody jedną z żyłek. Oto świetny samouczek dotyczący warkocza z trzech nici.

Kredowanie pigmentami termochromowymi

Jeśli chcesz, aby plecionka zmieniała kolor po uruchomieniu, musisz ją kredować pigmentami termochromowymi. Najpierw zawieś warkocze na czymś, nad stołem pokrytym plastikiem (będzie trochę bałaganu). Postępuj zgodnie z instrukcjami bezpieczeństwa dotyczącymi atramentu termochromowego (w razie potrzeby załóż rękawiczki!). Zdecydowanie załóż maskę powietrzną - nigdy nie chcesz wdychać żadnych cząstek stałych. Teraz weź pędzel do malowania i nabierz trochę termochromowego proszku na warkocz, zaczynając od góry. Delikatnie „pomaluj” warkocz, wcierając puder w warkocz tak mocno, jak to możliwe. Trochę stracisz (ale jeśli spadnie na twój plastikowy obrus, możesz go uratować na następny warkocz). Możesz obejrzeć timelapse, który udostępniliśmy powyżej, aby zobaczyć, jak to zrobiliśmy!

Krok 7: Noszenie technologii

Obwody drukowane i baterie można montować na opasce na głowę lub spince do włosów. Alternatywnie, dla bardziej subtelnego stylu, warkocze mogą być wykonane z dłuższymi drutami na końcach. Te przewody można poprowadzić pod naturalnymi włosami, kapeluszami, szalikami lub innymi elementami w innym miejscu na ciele, na przykład pod koszulą lub naszyjnikiem. W ten sposób włosy są mniej od razu zauważalne jako technologia do noszenia.

Obwody można zmniejszyć dzięki dodatkowym poprawkom i zintegrowanym układom logicznym i bluetooth. Tak mniejszy obwód łatwiej byłoby schować na ozdobnej spince do włosów itp., jednak kwestia zasilania pozostanie problemem, ponieważ baterie w tej chwili stają się tak małe. Oczywiście można było podłączyć go do ściany, ale wtedy nie można było zajść daleko.

Na powyższym filmie możesz zobaczyć noszony bardzo wczesny prototyp. (Więcej zdjęć ostatecznych załączników zostanie dodanych po publicznej demonstracji.)

Załącznik

Wkrótce będziesz mógł znaleźć obudowę do druku 3D dla obwodów w naszym repozytorium github. Można go nasunąć na opaskę do włosów lub zmodyfikować pod kątem innych czynników kształtu.

Krok 8: Przegląd oprogramowania

W naszym repozytorium github znajdziesz kilka szkiców Arduino demonstrujących różne sposoby kontrolowania włosów.

Szkic 1: demo_timing

To jest podstawowe demo funkcjonalności napędu. Włosy włączają się i wyłączają w ustalonym okresie sekund, a po włączeniu miga dioda LED na pokładzie.

Szkic 2: demo_captouch

To jest demonstracja pojemnościowego wykrywania dotyku. Dotknięcie włosów spowoduje włączenie wbudowanej diody LED. Być może trzeba będzie dostosować pojemnościowe progi dotykowe w zależności od środowiska i obwodu.

Szkic 3: demo_pcb_bluetooth_with_drive_captouch

Zintegrowane demo komunikacji Bluetooth, pojemnościowego wykrywania dotyku i napędu. Pobierz aplikację Bluefruit LE Connect na smartfona. Kod wyśle sygnał bluetooth po dotknięciu warkocza, drukując wynik do aplikacji. Naciśnięcie przycisków na kontrolerze w aplikacji rozpocznie i zatrzyma uruchamianie plecionek. Zauważ, że pinouty są ustawione dla naszej wersji PCB. Jeśli podłączyłeś pin INH multipleksera do pinu cyfrowego, jak na schemacie PCB, być może będziesz musiał dodać linię w kodzie, aby ustawić ten pin w stanie niskim (po prostu zwarliśmy go do masy).

Ten kod zawiera również metodę kalibracji, wyzwalaną przez wysłanie znaku „c” przez interfejs UART w aplikacji.

Pojemnościowa kalibracja dotyku

Ponieważ pojemnościowe wykrywanie dotyku jest wrażliwe na czynniki środowiskowe, takie jak wilgotność lub podłączenie do komputera lub nie, ten kod pozwoli określić odpowiednią wartość progową dla dokładnego pojemnościowego wykrywania dotyku. Przykład tego można znaleźć w kodzie demo_pcb_bluetooth_with_drive_captouch. Jedna uwaga jest taka, że pojemność zmienia się również wraz z ciepłem. Nie zajęliśmy się jeszcze problemem, w którym ciepło po uruchomieniu wyzwala stan „dotknięcie”.

Monitorowanie baterii

Przykłady monitorowania baterii znajdują się w szkicu demo_pcb_bluetooth_with_drive_captouch. Wbudowana dioda LED zaświeci się, gdy poziom naładowania jednego akumulatora spadnie poniżej pewnego progu, chociaż nie rozróżnia akumulatora sterującego i akumulatora napędowego.

Blokada temperatury (wyłączenie bezpieczeństwa)

Monitorowanie temperatury plecionki pozwala nam na wyłączenie zasilania, jeśli zrobi się zbyt gorąco. Te dane są zbierane z termistora wplecionego w oplot. Przykład tego można znaleźć w szkicu demo_pcb_bluetooth_with_drive_captouch.

Krok 9: Ładowanie i modyfikowanie kodu

Używamy standardowego środowiska Arduino do pisania kodu dla HairIO i wgrywania go na tablice.

Arduino Nanos można uzyskać z kilku źródeł; kupiliśmy te, które wymagają dodatkowego oprogramowania do pracy ze środowiskiem Arduino. Możesz postępować zgodnie z tymi instrukcjami, aby skonfigurować je na swoim komputerze. Jeśli używasz standardowego Arduino Nano (czyli tych), nie musisz robić tego dodatkowego kroku.

Podczas modyfikowania kodu upewnij się, że styki sprzętowe pasują do obwodów. Jeśli zmienisz pinezkę, zaktualizuj projekt i kod tablicy.

Należy zauważyć, że pojemnościowa biblioteka dotykowa Illutron, której używamy, opiera się na konkretnym układzie sprzętowym (Atmega328p). Jeśli chcesz użyć innego mikrokontrolera, upewnij się, że jest kompatybilny lub będziesz musiał zmodyfikować ten kod. (Nie chcieliśmy wchodzić w ten niskopoziomowy kod w tym projekcie, więc bardzo doceniamy pracę Illutrona. Synchronizacja z taktowaniem sprzętowym może być dość nieprzyjemna!)

Krok 10: Przyszłe projekty: pomysły i wytyczne dotyczące modyfikacji

Reakcja na ciepło

Jeśli chcesz dowiedzieć się więcej o zachowaniu warkoczy w odpowiedzi na ciepło, możesz znaleźć matematyczne modele włosów w naszym artykule. Kluczową rzeczą jest to, że zmiana koloru i kształtu będzie działać w różnym czasie i w różnej kolejności, w zależności od ilości izolujących włosów wokół przewodu i ilości dostarczanej mocy (która zmienia szybkość nagrzewania)

Ulepszenia obwodu:

• Przesunięcie modułu bluetooth w prawo może pozwolić na skrócenie wysokości stosu, ponieważ nie będzie on działał w złączu Arduino USB. Istnieją również płytki Arduino ze zintegrowanymi modułami bluetooth (ale większość z nich ma inny układ, więc korzystanie z nich wiązałoby się ze zmianą kodu).
• Ślady złącza baterii mogą się zmieniać w zależności od rodzaju używanych baterii.
• Ślad przełącznika jest ogólny i prawdopodobnie powinien zostać zastąpiony śladem tego, czego chcesz użyć.
• Możesz chcieć mieć możliwość PWM obwodu napędu, aby kontrolować moc przez warkocz; w tym celu pin sygnału napędu należy przełączyć na D3 lub inny pin sprzętowy PWM.
• W przypadku odwrócenia parowania multiplekserów (np. warkocz1 napęd i warkocz2 dotyk na kanale 0 oraz oplot2 napęd i warkocz1 dotyk na kanale 1, zamiast dotyku i napędu dla tego samego oplotu na jednym kanale), będzie można wykryć pojemnościowy dotykać jednego warkocza podczas prowadzenia drugiego warkocza, zamiast uniemożliwiać mu jakiekolwiek wykrywanie pojemnościowe podczas jazdy.

• Niektóre modyfikacje mogą umożliwić jednej baterii sterowanie zarówno logiką, jak i napędem. Kilka kwestii obejmuje:

  • Wysokie napięcie (np. akumulator LiPo 7.4) spowoduje wsteczne wysterowanie Arduino przez obwód wykrywania pojemności i pin cyfrowy. Na dłuższą metę nie jest to dobre dla Arduino. Można to naprawić, umieszczając kolejny tranzystor między obwodem pojemnościowym a włosami.
  • Zbyt duża moc pobierana przez włosy może spowodować zrumienienie Arduino. Można to naprawić przez PWM'ing sygnału napędu.

Ulepszenia oprogramowania

Pojemnościowe wykrywanie dotyku o zmiennej częstotliwości może być wykorzystywane do wykrywania wielu rodzajów dotyku, np. jeden palec lub dwa, szczypanie, kręcenie… Wymaga to bardziej skomplikowanego schematu klasyfikacji niż podstawowe progowanie, które tutaj pokazujemy. Pojemność zmienia się wraz z temperaturą. Udoskonalenie kodu wykrywania dotyku, aby uwzględnić to, sprawi, że wykrywanie będzie bardziej niezawodne

Oczywiście, jeśli stworzysz wersję HairIO, chcielibyśmy o tym usłyszeć

Krok 11: Uwagi dotyczące bezpieczeństwa

HairIO to platforma badawcza, która nie jest przeznaczona do użytku komercyjnego ani do codziennego użytku. Tworząc i nosząc własne HairIO, pamiętaj o następujących kwestiach:

Ciepło

Ponieważ HairIO działa na zasadzie ogrzewania oporowego, istnieje możliwość przegrzania. Jeśli termistor ulegnie awarii lub nie znajduje się wystarczająco blisko oplotu, może nie być w stanie prawidłowo odczytać temperatury. Jeśli nie podasz kodu odcięcia temperatury, może się nagrzewać dalej niż zamierzano. Chociaż nigdy nie doświadczyliśmy oparzeń z HairIO, jest to ważna uwaga.

Baterie

W HairIO jako źródła zasilania używamy baterii LiPo. LiPo to świetne narzędzia, ponieważ można je ładować i mogą dostarczać duży prąd w małej obudowie. Oni również powinni być traktowani ostrożnie; jeśli są niewłaściwie naładowane lub przebite, mogą się zapalić. Zapoznaj się z poniższymi referencjami, aby dowiedzieć się więcej o dbaniu o LiPo: dokładny przewodnik; szybkie porady.

Pigmenty termochromowe

Te, których używamy, są nietoksyczne, ale proszę ich nie jeść. Przeczytaj przewodniki dotyczące bezpieczeństwa dla wszystkiego, co kupujesz.

Krok 12: Odniesienia i linki

Tutaj zbieramy odniesienia i linki w tej instrukcji, aby uzyskać łatwy dostęp:

HairIO

HairIO: Human Hair jako materiał interaktywny - to artykuł naukowy, w którym po raz pierwszy zaprezentowano HairIO.

Repozytorium HairIO Github - Tutaj znajdziesz repozytorium git wszystkich schematów i kodu użytego do tego demo, a także niektóre arkusze danych dla ważnych komponentów.

Youtube - Zobacz włosy w akcji!

Zestawienie materiałów dla PCB HairIO

Dotyk pojemnościowy

Touché: poprawa interakcji dotykowych na ludziach, ekranach, płynach i przedmiotach codziennego użytku

Instruktaż dla wersji Arduino Touche + Illutron Github repo dla kodu Arduino

Bluetooth

Moduł Bluetooth

Aplikacja Bluetooth

Bezpieczeństwo baterii LiPo

Szczegółowy przewodnik

Szybkie porady

Inne technologie związane z włosami

Akcesoria do włosów, Katia Vega

Ogień, Niewidzialny

Autorzy

Laboratorium Ekologii Hybrydowych

Christine Dierk

Molly Mikołaj

Sarah Sterman