Oscil·lador electromecànic d'insectes o aletes: 9 passos (amb imatges)

2024 Autora: John Day | [email protected]. Última modificació: 2024-01-30 08:11

Introducció

Fa uns deu anys que segueixo el desenvolupament de la robòtica i la meva formació és Biologia i Videografia. Aquests interessos han orbitat la meva passió subjacent, l’entomologia (l’estudi dels insectes). Els insectes són una gran cosa en moltes indústries i han estat la font d’una gran inspiració. Afortunadament, la biologia i els insectes estan guanyant pes en la robòtica a través de la biomimicria i la biologia sintètica. Estic especialment emocionat pel progrés dels insectotòpters. La CIA va crear un insectotòpter volador ja a la dècada de 1970 i els insectes continuaran jugant un paper important en la influència de com es resolen els problemes de robòtica. Vull compartir un mètode artístic per construir la vostra pròpia escultura d'insectes electromecànica.

Un ofici que s’ha centrat molt en les propietats dels insectes és l’art de lligar la mosca. Fly Tying és un mètode per crear esquers per a la pesca amb mosca. Aquesta embarcació utilitza una paleta diversa de materials i eines i requereix una cura acurada als detalls, mentre que confia en gran mesura en la tècnica adequada per completar dissenys bells.

No m'ha emocionat massa la impressió 3D ni els microcontroladors. Estic fent esforços per produir criatures electromecàniques que no utilitzin cap d’aquestes tecnologies. Sembla que, independentment del sensor o expressió mecànica que vulgueu explorar, tot s’ha d’alimentar a través d’un microcontrolador. Retornem-lo una mica i convertim el nostre cervell en un oscil·lador.

Per tant, el que us proposo és que utilitzem eines, materials i tècniques per lligar les mosques com a fonament per crear un insecte electromecànic bell, lleuger, únic i únic. Aquesta escultura cinètica de tipus BEAM, amb sort, inspirarà els vostres amics i familiars a apreciar els insectes i l’artesania.

Pas 1: dissenyar el vostre oscil·lador

Hi ha molts circuits d’oscil·ladors per triar en línia. Després d’analitzar una varietat, vaig sentir que el més fàcil i “orgànic” era el multivibrador Astable. Aquest circuit es pot crear amb resistències simètriques o asimètriques, donant lloc a amplades de pols lleugerament diferents, depenent del "costat" del circuit del qual treieu la sortida.

Els components d’aquest circuit que he triat són:

Quantitat: Article:

transistor pnp x1 2N4403

x1 2N3905 transistor pnp (pin mirall sortit)

x2 resistències de 330 Ω

x2 resistències de 22k Ω

Condensadors x2 4,7 μF 16V

Resistors depenents de la llum (LDR) x2 en un rang de 0 - 30k Ω

transistor pnp x1 2N4920 (maneja 1 amp)

Bobina de l'altaveu x1 8+ Ω

x1 Petit interruptor de canya no magnètic, no tancat

Vull un temps de RC baix i condensadors petits, així que vaig triar resistències de 22k Ω amb condensadors bipolars de 4,7 μF 16V. Això es tradueix en una freqüència d’oscil·lació aproximadament de 2 a 5 Hz.

També vull que el circuit l’efectuï l’entorn, de manera que poso resistències dependents de la llum (LDR) en sèrie amb les resistències de 22 k. L'interruptor és un petit interruptor de canya extret d'un circuit de flaix d'un sol ús. Utilitzarem aquest interruptor com a bigotis sensibles a l’abdomen.

Pas 2: Comenceu a soldar

Si utilitzeu aquests components, necessitareu diverses eines per soldar-los junts. No farem servir un perfboard.

Agafa dues vises, una per subjectar els components i l’altra per subjectar el soldador.

A més, assegureu-vos de tenir talladores de filferro, alicates i un model del vostre circuit com a referència. He fet un prototip de la segona versió del circuit per assegurar-me que sempre sé quines parts dels components s’uneixen.

Doblegueu els cables dels dos transistors de manera que el col·lector es doblegui cap al costat i la base es doblegui cap al centre. Com que el 2N4403 i el 2N3905 (que es mostra com a BC557) tenen sortides de pin diferents, tingueu molta atenció a on es troben la base i el col·lector. Es podrien utilitzar dos dels mateixos transistors pnp, però m'agrada la qualitat quiral del pin emmirallat. Al cap i a la fi, això és art.

Doble els conductors del condensador en angle recte.

Tallar els cables als condensadors i la base del transistor i els col·lectors.

Ara col·loqueu el transistor al vostre torn i porteu la planxa de soldadura cap al punt desitjat a soldar. Això us allibera les mans per incorporar el condensador i la soldadura i connectar-los.

Repetiu aquest pas perquè la base i els col·lectors de cada transistor s’uneixin a cada condensador.

Curiosament, el torn pot actuar com un dissipador de calor per als transistors i l'arquitectura del treball de soldadura acabat fa que aquesta estructura sigui sorprenentment forta.

Pas 3: soldeu les resistències

Doblegueu i talleu els cables de les resistències tal i com es mostra a la imatge anterior.

Col·loqueu la resistència de 330 Ω al torn i soldeu la unitat de transistor del condensador amb la resistència. Seguiu l'esquema, aquesta resistència s'ha de connectar a on es troba el col·lector del transistor.

Repetiu amb la segona resistència de 330 Ω.

Col·loqueu el LDR al torn i soldeu el nostre circuit en creixement. Soldar a la base del transistor.

Repetiu amb el segon LDR.

Talleu els llargs cables de la LDR cap al centre.

Soldeu les resistències de 22k Ω als cables LDR de manera que les resistències estiguin en sèrie.

Cadascuna de les quatre resistències hauria de tenir cables oberts que apuntessin al centre del nostre circuit (tal i com es mostra a la imatge).

Doble els cables d’aquests resistents cap als seus veïns, talleu-los i soldeu-los tots junts. Aquest paquet de resistències ara forma part del nostre rail terrestre.

Pas 4: cables de soldadura i alimentació PNP

Aquesta unitat de condensadors, transistors i resistències és el nostre oscil·lador multivibrador. És efectivament el nostre cervell per a l’insecte. Els LDR funcionen com a ulls i modificaran lleugerament la freqüència i l’amplada de pols del nostre oscil·lador. Aquest circuit per si sol no pot alimentar la bobina dels altaveus, de manera que el connectarem a Q3, el nostre transistor de potència (BD140 o 2N4920).

Soldeu el cable positiu del rail a l’emissor de Q1.

Soldeu el cable del rail de terra al paquet de resistències.

Soldeu un tercer cable a l'emissor de Q2 (que es mostra com a taronja).

Soldeu aquest tercer cable a la base de Q3, el transistor de potència pnp (2N4920).

Tireu el cable positiu del carril aproximadament 1 1/2 polzades cap avall i soldeu-lo a l'emissor de Q3.

En aquest moment, m'agrada fer un descans de la soldadura i aplicar una capa liberal d'esmalt d'ungles transparent al circuit. Això ajudarà a prevenir els curtmetratges si el circuit està doblegat o ajustat i li donarà una mica de resistència a la intempèrie. No dubteu a aplicar diverses capes.

Comproveu que no hàgiu curtcircuitat el circuit enlloc. Proveu el circuit per assegurar-vos que continua funcionant alimentant el fil vermell amb + 9V, posant a terra el fil negre o marró i retallant-lo al col·lector de Q3. Faig servir un petit llum de 5V o un altaveu de recanvi. Com que Q3 només pot manejar al voltant d'1 amper, no escalfeu aquest transistor amb massa potència i massa poca resistència. Feu els vostres càlculs (I = V / R) assumint corrent continu. En teoria, el corrent mitjà és la meitat del corrent continu a la tensió del carril a causa de l’efecte de pulsació, però això ens ajudarà a deixar marge per als errors.

Pas 5: retalleu la bobina de veu i la soldadura

Agafeu un petit altaveu econòmic amb bobina de veu que funcioni i talleu-lo. Comenceu tallant per la vora del con de l’altaveu i assegureu-vos de no tallar els connectors de filferro de la malla per sota.

Retireu o dessoldeu els connectors de filferro de malla de les pestanyes de la cistella.

Talleu la suspensió de malla just per sobre de l’imant permanent.

Traieu la bobina de veu i retalleu l'excés de paper i malla. Assegureu-vos de deixar els connectors de filferro de malla el major temps possible.

Esteneu les puntes dels connectors de filferro de malla i soldeu-ne una amb el col·lector de Q3.

Soldeu l’altre connector a un cable d’extensió.

Retireu el centre d’aquest nou cable i soldeu-lo al rail de terra.

Pas 6: Dissenyeu les ales

Vaig imprimir patrons d’ala estretes sobre transparència.

També podeu dibuixar les ales amb bolígrafs i punxes sobre acetat.

Diverteix-te pintant les ales i fent-les úniques i interessants.

Col·loqueu el full d’acetat sobre un carregador antic i premeu-lo a les venes amb un punxó. Alterneu la part davantera i la posterior per crear plecs còncaus i convexos a l’acetat. Això no només s’afegeix a la il·lusió d’unes ales d’insectes reals, sinó que també en reforça les ales.

Retalleu les ales, però deixeu-les com a parelles! Deixeu una mica de material addicional al centre perquè la nostra bobina de veu tingui més material per empènyer.

Pas 7: lligueu les ales al monofilament

Per començar a lligar, necessitareu uns 35 lliures de monofilament, el nostre torn d’abans, tisores, ales, fil i una bobina per lligar la mosca. * Correcció suggerida: utilitzeu monofilament més pesat o filferro prim per a aquests suports de les ales. El model representat i construït perd eficiència mecànica quan el monofilament s’inclina cap a l’exterior durant el recorregut cap avall.

Talleu dos trossos de cinc centímetres de llarg i col·loqueu-ne una a la morsa. Lligueu les ales al monofilament amb un patró de vuit.

Repetiu-ho amb un segon tros de monofilament i l’altra ala.

Vaig afegir una mica de cola als nusos de cada peça per obtenir més seguretat. Assegureu-vos que la cola no obstrueixi la possibilitat que les ales batin. Se suposa que actua com una frontissa i el monofilament és el nostre punt de suport.

Pas 8: construeix el tòrax i el cap

Tot es reuneix alhora alhora durant aquesta fase.

Agafeu una peça de tres polzades de tub dur o monofilament de 100 lliures lliures i lligueu el fil a la seva longitud.

Agafeu trossos de tres i set polzades de filferro floral i lligueu-los cadascun al centre al llarg de la longitud de la nostra estructura corporal. Aquestes seran les nostres cames.

Lligueu les peces posteriors de monofilament més petit de la nostra unitat d’ala just darrere de les potes posteriors, deixant espai per reajustar la seva longitud més tard.

Cerqueu un passador magnètic com el de la imatge. Això mantindrà el nostre imant permanent de neodimi al seu lloc.

Lligueu el circuit que hem construït a les cames / cos.

Lligueu el passador magnètic al cos darrere del cap, però davant de Q3.

Lligueu dues petites plomes de pirates al cos just darrere del cap perquè surtin com antenes (això és purament estètic).

Porteu les peces anteriors de monofilament més petit de la unitat de l’ala cap endavant i lligueu-les al cos prop del cap. Tireu de cada peça per assegurar-vos que les ales estiguin centrades i que s’aixequin per sobre de l’imant.

Talleu el tub de paper de la bobina de veu cap al centre per poder relliscar l'acetat de les ales que hi ha dins. Tota aquesta estructura hauria de situar-se per sobre del pin cap a on anirà el nostre imant, de manera que quan el corrent corre a través de la bobina, la força magnètica tira les ales cap avall i les puntes de les ales cap amunt.

Pas 9: Construeix l’abdomen

Lligueu l'interruptor de canya a l'extrem posterior del cos. Aquesta serà la punta de l’abdomen, on hi haurà els nostres bigotis sensibles. Soldeu el rail de terra a una pota del commutador de canya.

Soldeu un segon tros de filferro curt a l’altra pota del commutador de canya.

Arrossegueu el cable positiu del carril per crear una àrea de superfície gran per a la bateria.

Arrisseu el nou tros de fil curt connectat a l’interruptor per tocar el costat negatiu o 0V de la bateria.

Lligueu una petita bateria de 12V a l’abdomen i fixeu els cables de la bateria per tenir una connexió sòlida. Vaig haver d’afegir algunes peces de monofilament pesat a l’abdomen per evitar que la bateria girés cap al costat oposat de l’abdomen mentre la lligava.

Proveu-ho! Les ales es mouen cap a l’imant? Assegureu-vos que la polaritat de l’imant sigui correcta seguint la regla de la dreta del corrent electromagnètic i utilitzant una brúixola analògica per establir la polaritat del vostre imant permanent. Si heu construït el circuit tal com he descrit, el corrent surt del col·lector de Q3, a través de la bobina, i cap al rail de terra o al costat 0V de la bateria.

Per acabar-ho, doblegueu les potes de filferro floral per tal que sembli el més insecte que vulgueu. Proveu una mica de cola on les cames es trobin amb el cos si són massa fràgils. Gaudeix-ne!

Si teniu cap pregunta, feu-m’ho saber. Definitivament, aquest és un projecte complicat. Una petita banda de goma entre els cables de la bateria pot ajudar-los a mantenir-los al seu lloc.

Bona sort!

Primer premi del concurs de tecnologia