HairIO: Rambut Sebagai Bahan Interaktif: 12 Langkah (dengan Gambar)

2024 Pengarang: John Day | [email protected]. Terakhir diubah: 2024-01-30 09:57

HairIO: Rambut Manusia sebagai Bahan Interaktif

Rambut adalah bahan yang unik dan sedikit dieksplorasi untuk teknologi baru yang dapat dipakai. Sejarah panjang ekspresi budaya dan individu menjadikannya situs yang bermanfaat untuk interaksi baru. Dalam Instruksi ini, kami akan menunjukkan cara membuat ekstensi rambut interaktif yang mengubah bentuk dan warna, merasakan sentuhan, dan berkomunikasi melalui bluetooth. Kami akan menggunakan sirkuit khusus, Arduino Nano, papan Bluetooth Adafruit, paduan memori bentuk, dan pigmen termokromik.

Instruksi ini dibuat oleh Sarah Sterman, Molly Nicholas, dan Christine Dierk, mendokumentasikan pekerjaan yang dilakukan di Lab Ekologi Hibrida di UC Berkeley bersama Eric Paulos. Analisis teknologi ini dan studi lengkap dapat ditemukan di makalah kami, yang dipresentasikan di TEI 2018. Dalam Instruksi ini Anda akan menemukan dokumentasi perangkat keras, perangkat lunak, dan elektronik yang komprehensif, serta info tentang keputusan desain yang kami buat dan perjuangan yang kami hadapi.

Kami akan mulai dengan tinjauan sistem singkat dan contoh cara menggunakan HairIO. Selanjutnya kita akan membahas elektronik yang terlibat, kemudian beralih ke perangkat keras dan membuat ekstensi rambut. Bagian terakhir akan membahas kode dan beberapa tip untuk melakukan modifikasi.

Tautan ke sumber daya tertentu akan disediakan di setiap bagian, dan juga dikumpulkan di bagian akhir.

Selamat membuat!

Langkah 1: Bagaimana Cara Kerjanya?

Gambaran

Sistem HairIO bekerja dengan dua prinsip dasar: sentuhan kapasitif dan pemanasan resistif. Dengan merasakan sentuhan, kita dapat membuat ekstensi rambut merespons sentuhan. Dan dengan memanaskan ekstensi, kita dapat menyebabkan perubahan warna dengan pigmen termokromik, dan perubahan bentuk dengan paduan memori bentuk. Sebuah chip bluetooth memungkinkan perangkat seperti ponsel dan laptop untuk berkomunikasi dengan rambut juga, baik untuk menyebabkan perubahan bentuk atau warna, atau untuk menerima sinyal ketika sentuhan pada rambut dirasakan.

Contoh Interaksi dan Penggunaan

HairIO adalah platform penelitian, yang berarti kami ingin melihat apa yang Anda lakukan dengannya! Beberapa interaksi yang telah kami rancang ditunjukkan dalam video di atas, atau dalam video lengkap kami di Youtube.

Jalinan yang berubah bentuk dapat memberi tahu pemakainya tentang pesan teks dengan menggelitik lembut telinga pemakainya saat bergerak.

Atau mungkin bisa memberi petunjuk arah pada pemakainya, bergerak ke bidang pandang untuk menunjukkan arah mana yang harus dituju.

Rambut dapat berubah secara dramatis, untuk gaya atau pertunjukan. Gaya dapat berubah sepanjang hari, atau diperbarui untuk acara tertentu.

Rambut juga dapat memungkinkan interaksi sosial; bayangkan mengepang rambut teman yang ditambah, kemudian dapat mengubah warna rambut teman dengan menyentuh kepang Anda sendiri dari jauh.

Komponen

Semua penginderaan, logika, dan kontrol ditangani oleh sirkuit khusus dan Arduino Nano, dikenakan di kepala. Sirkuit ini memiliki dua komponen utama: sirkuit penginderaan sentuh kapasitif, dan sirkuit penggerak untuk mengalihkan daya ke jalinan. Ekstensi rambut komersial dikepang di sekitar kawat nitinol, yang merupakan paduan memori bentuk. Kawat ini akan menahan satu bentuk saat dingin, dan pindah ke bentuk kedua saat dipanaskan. Kita dapat melatih hampir semua bentuk kedua ke dalam kawat (dijelaskan nanti dalam Instruksi ini). Dua baterai LiPo memberi daya pada sirkuit kontrol pada 5V, dan rambut pada 3,7V.

Langkah 2: Elektronik

Kontrol dan Sentuhan Kapasitif

Sirkuit sentuh kapasitif diadaptasi dari proyek Touché Disney, melalui Instruksi yang luar biasa ini tentang mereplikasi Touche di Arduino. Pengaturan ini mendukung penginderaan sentuh kapasitif frekuensi menyapu, dan memungkinkan pengenalan gerakan yang lebih kompleks daripada sentuhan sederhana/tanpa sentuhan. Satu catatan di sini adalah bahwa rangkaian dan kode sentuh kapasitif mengasumsikan chip Arduino tertentu, Atmega328P. Jika Anda memilih untuk menggunakan chip mikrokontroler alternatif, Anda mungkin perlu mendesain ulang kode, atau mencari mekanisme penginderaan alternatif.

Sirkuit kontrol menggunakan Arduino Nano untuk logika, dan multiplexer analog untuk memungkinkan kontrol berurutan dari beberapa jalinan dari sirkuit dan baterai yang sama. Sentuhan kapasitif dirasakan hampir bersamaan dengan beralih cepat antar saluran (begitu cepat sehingga pada dasarnya seperti kita merasakan keduanya sekaligus). Aktuasi kepang dibatasi oleh daya yang tersedia. Menyertakan baterai yang lebih kuat, atau baterai tambahan dapat mengaktifkan aktuasi bersamaan, namun di sini kami membatasinya pada aktuasi berurutan untuk kesederhanaan. Skema sirkuit yang disediakan dapat mengontrol dua kepang (tetapi multiplekser di sirkuit dapat mendukung hingga empat!).

Untuk versi sirkuit yang paling sederhana, biarkan multiplexer keluar, dan kendalikan satu jalinan langsung dari Arduino.

Sirkuit Drive dan Termistor

Kami melakukan sentuhan kapasitif pada kabel yang sama dengan aktuasi (nitinol). Ini berarti lebih sedikit kabel/kompleksitas dalam jalinan, dan lebih banyak di sirkuit.

Sirkuit penggerak terdiri dari satu set transistor sambungan bipolar (BJT) untuk menghidupkan dan mematikan aktuasi rambut. Sangat penting bahwa ini menjadi transistor persimpangan bipolar, daripada MOSFET yang lebih umum (dan umumnya lebih baik), karena BJT tidak memiliki kapasitansi internal. Kapasitansi internal MOSFET akan membanjiri sirkuit penginderaan sentuh.

Kita juga harus mengganti ground dan power, bukan hanya power, sekali lagi demi penginderaan sentuh kapasitif, karena tidak ada sinyal kapasitif dari elektroda ground.

Sebuah desain alternatif yang menggunakan sumber terpisah untuk sentuhan kapasitif dan drive dapat sangat menyederhanakan sirkuit ini, namun membuat desain mekanis lebih rumit. Jika penginderaan kapasitif diisolasi dari daya untuk penggerak, kita bisa lolos dengan satu sakelar daya, dan itu bisa berupa FET atau apa pun. Solusi tersebut dapat mencakup metalisasi rambut itu sendiri, seperti dalam Hairware Katia Vega.

Chip Bluetooth

Chip bluetooth yang kami gunakan adalah Bluefruit Friend dari Adafruit. Modul ini mandiri, dan hanya perlu dilampirkan ke Arduino, yang akan menangani logika seputar komunikasi.

Pemilihan Baterai

Untuk baterai, Anda menginginkan baterai isi ulang yang dapat memberikan tegangan yang cukup untuk memberi daya pada Arduino, dan arus yang cukup untuk menggerakkan nitinol. Ini tidak harus baterai yang sama. Bahkan, untuk menghindari Arduino menjadi coklat, kami membuat semua prototipe awal kami dengan dua baterai: satu untuk kontrol, dan satu untuk drive.

Arduino Nano membutuhkan setidaknya 5V, dan nitinol menarik maksimal sekitar 2 Amps.

Kami memilih baterai 3,7 V dari ValueHobby untuk menggerakkan rambut, dan baterai 7,4V dari ValueHobby untuk memberi daya pada Arduino. Cobalah untuk tidak menggunakan baterai 9V biasa; mereka akan menguras di bawah kegunaan dalam waktu 15 menit dan menyebabkan banyak pemborosan. (Kami tahu, karena kami mencoba…)

Detail Lain-Lain

Pemantauan baterai: resistor 4,7k Ohm antara saluran listrik baterai drive dan pin analog memungkinkan kami memantau pengisian baterai drive. Anda memerlukan resistor ini untuk menjaga baterai agar tidak menyalakan Arduino melalui pin analog (yang akan buruk: Anda tidak ingin melakukan ini). Baterai Arduino dapat dipantau hanya dengan kode -- lihat bagian pada perangkat lunak untuk mendemonstrasikan kode ini.

Jumper: Ada ruang untuk jumper di antara dua konektor baterai, jika Anda ingin menggunakan satu baterai untuk menyalakan semuanya. Ini berisiko membuat Arduino menjadi coklat, tetapi dengan pemilihan baterai yang tepat dan beberapa PWM drive berbasis perangkat lunak, itu akan berfungsi. (Meskipun kami belum mendapatkannya.) (Jika Anda mencobanya - beri tahu kami bagaimana kelanjutannya!)

Langkah 3: Perakitan Elektronik

Menyatukan Sirkuit

Kami merancang sirkuit awalnya dalam dua bagian, menghubungkan drive dan sirkuit kontrol dengan kabel fleksibel. Dalam versi PCB terintegrasi kami, sirkuit diringkas menjadi satu papan. Skema sebelumnya memungkinkan penempatan kepang yang lebih fleksibel di kepala, tetapi yang kedua jauh lebih mudah untuk dirakit. Anda dapat menemukan file skema dan tata letak papan di repo Github kami. Ada dua cara untuk membuat sirkuit: 1) membuat versi papan perf dengan tangan dengan komponen melalui lubang sesuai skema, atau 2) membuat PCB dari file papan yang kami sediakan (tautan di atas) dan merakit dengan komponen pemasangan permukaan.

Komponen

Tagihan bahan untuk versi PCB + kepang ada di sini.

Kami menggiling sendiri PCB uji kami di Othermill, lalu memesan PCB akhir kami dari Sirkuit Bay Area yang sangat baik. Pembuatan papan in-house dan profesional akan bekerja dengan baik, meskipun pelapisan tangan atau penyolderan semua vias itu menyakitkan.

Tips

• Kami menggunakan pasta solder dan oven reflow atau pelat panas untuk komponen pemasangan permukaan, kemudian menyolder komponen lubang tembus dengan tangan.
• Kami merekomendasikan versi papan tempat memotong roti/papan perf untuk pembuatan prototipe cepat, dan PCB untuk keandalan.
• Kami menggunakan header perempuan pendek untuk menahan Nano di PCB, sehingga bisa dilepas. Header perempuan panjang dapat disolder dengan tidak terlalu rata ke papan untuk mengangkat chip bluetooth yang cukup tinggi untuk bersarang di atas Arduino. (Anda juga ingin menambahkan pita Kapton untuk mencegah korslet yang tidak disengaja).
• Chip bluetooth sebenarnya perlu disolder ke header laki-lakinya secara terbalik agar sesuai dengan pemesanan pin pada tata letak PCB. (Tentu saja, Anda dapat memodifikasi tata letak ini.) Mengapa kami melakukannya? Karena itu membuat pin lebih cocok dengan tata letak Arduino.

Langkah 4: Ikhtisar Perangkat Keras Rambut

HairIO adalah ekstensi rambut yang dikepang di sekitar dua panjang kabel yang terhubung, ditempelkan ke konektor dan termistor untuk mengatur suhu. Itu dapat dikapur dengan pigmen termokromik setelah perakitan penuh. Membuat kepang HairIO sendiri terdiri dari beberapa tahap:

1) Latih paduan memori bentuk ke bentuk yang diinginkan.

2) Pasang kawat internal dengan mengeriting dan menyolder paduan memori bentuk panjang ke kawat tembaga berinsulasi.

3) Crimp dan isolasi termistor.

4) Pasang kabel dan termistor ke konektor.

5) Kepang rambut di sekitar kawat.

6) Kapur rambut.

Kami akan membahas masing-masing tahapan secara rinci di bagian berikut.

Langkah 5: Merakit Kabel Rambut

Tahap pertama melibatkan perakitan kabel internal yang memberikan perubahan bentuk dan pemanasan resistif. Di sinilah Anda menentukan panjang kepang, bentuk yang diinginkan saat dipanaskan, dan jenis konektor yang akan Anda gunakan. Jika semua kepang memiliki jenis konektor yang sama, kepang tersebut dapat dengan mudah ditukar pada papan sirkuit yang sama untuk berbagai bentuk dan warna, serta jenis dan panjang rambut.

Jika Anda tidak ingin perubahan bentuk pada jalinan tertentu, paduan memori bentuk dapat diganti dengan panjang kawat biasa. Jika Anda ingin mendukung sentuhan kapasitif, kabel pengganti harus tidak diisolasi untuk efek terbaik.

Melatih Paduan Memori Bentuk

Paduan memori bentuk yang kami gunakan di sini adalah nitinol, paduan nikel-titanium. Saat dingin, ia tetap dalam satu bentuk, tetapi ketika dipanaskan ia kembali ke apa yang disebut keadaan "terlatih". Jadi jika kita menginginkan kepang yang mengeriting saat dipanaskan, mungkin lurus saat dingin, tetapi dilatih untuk mengeriting. Anda dapat membuat hampir semua bentuk yang Anda inginkan, meskipun kemampuan kawat untuk mengangkat beban dibatasi oleh diameternya.

Potong nitinol ke panjang kepang yang diinginkan, sisakan sedikit tambahan untuk lekukan selama mengepang, dan untuk sambungan di bagian atas dan bawah.

Untuk melatih nitinol, lihat Instructable yang fantastis ini.

Jenis kepang yang telah kami uji coba mencakup ikal, tikungan sudut kanan untuk memungkinkan rambut berdiri tegak, dan tidak melatih nitinol sama sekali. Ini mungkin terdengar malas, tetapi memungkinkan rambut untuk diluruskan dari bentuk apa pun saat digerakkan. Kawat akan menahan bentuk yang Anda tekuk saat dingin, mis. ikal, lalu luruskan dari bentuk itu saat dipanaskan. Sangat keren, dan jauh lebih mudah!

Merakit Kabel

Nitinol tidak diisolasi, dan berjalan hanya dalam satu arah. Untuk membuat rangkaian lengkap, kita memerlukan kabel berinsulasi kedua untuk menyambung di bagian bawah dan kembali ke konektor di atas. (Kabel yang tidak berinsulasi akan menyebabkan korsleting ketika menyentuh nitinol, dan mencegah pemanasan yang merata.)

Potong kawat tembaga berinsulasi dengan panjang yang sama dengan nitinol. Kami menggunakan kawat magnet 30 AWG. Lepaskan insulasi di kedua ujungnya. Untuk kawat magnet, lapisan dapat dilepas dengan membakar kawat secara perlahan dengan api terbuka hingga isolasi menjadi arang dan dapat dibersihkan (dibutuhkan sekitar 15 detik dengan pemantik api). Perhatikan bahwa ini membuat kawat sedikit rapuh di lokasi yang terbakar.

Fakta menyenangkan tentang Nitinol: Sayangnya, solder tidak suka menempel pada nitinol. (Ini sangat menyakitkan.) Solusi terbaik adalah menggunakan crimp untuk membuat sambungan mekanis ke nitinol, lalu menambahkan solder untuk memastikan sambungan listrik.

Pegang ujung nitinol dan kawat tembaga yang baru tidak diisolasi bersama-sama, dan masukkan ke dalam crimp. Kencangkan mereka dengan kuat bersama-sama. Jika kekuatan koneksi tambahan diperlukan, tambahkan sedikit solder. Tutupi crimp dan sisa kawat dengan heat shrink sehingga pemakai Anda tidak menusuk dirinya sendiri dengan ujung yang runcing. Tidak masalah jenis crimp apa yang Anda gunakan di bagian bawah, karena ini murni untuk membuat sambungan mekanis antara dua kabel.

Di ujung yang lain, kami akan menambahkan crimp ke setiap ujung kawat. Di sini, jenis crimp penting. Anda harus menggunakan crimp kawin untuk konektor Anda. Ujung kabel ini akan dipasang ke konektor untuk berinteraksi dengan papan sirkuit.

Membuat Kepang Berdiri:

Kepang bisa sangat halus, atau sangat dramatis. Jika ingin efek dramatis, seperti gambar hiasan kepala di atas, atau dalam video situasi performatif tadi, diperlukan satu langkah tambahan. Kepang lebih suka dipelintir daripada diangkat, jadi kepang harus diikat agar tetap dalam orientasi yang benar. Penjepit kami berbentuk seperti Z yang diregangkan (lihat gambar). Kami menyelipkan crimp pada nitinol, lalu menyolder brace ke crimp, dan akhirnya menutupi semuanya dengan heat shrink dan pita listrik.

Mempersiapkan Termistor

Termistor adalah resistor peka panas yang memungkinkan kita mengukur suhu jalinan. Kami menggunakan ini untuk memastikan bahwa kepang tidak pernah menjadi terlalu panas untuk dipakai pengguna. Kami akan menambahkan termistor ke konektor yang sama dengan kepang yang akan dipasang.

Pertama, geser heat shrink ke kaki termistor dan gunakan heat gun untuk mengecilkannya. Ini akan melindungi kaki, untuk mencegah termistor dari korslet ke nitinol yang tidak diisolasi. Biarkan sedikit kawat terbuka di ujungnya untuk kerutan. Sekali lagi, kerutan ini harus yang sesuai untuk konektor Anda.

Crimp ujung termistor. Jika bisa, masukkan sedikit heat shrink ke gigi pertama crimp sebagai pereda ketegangan. Namun, jangan memasangnya terlalu tinggi, karena kabel harus tetap terhubung untuk mendapatkan sambungan listrik yang baik.

Sekarang termistor siap dipasang ke konektor.

Merakit Konektor

Anda dapat menggunakan konektor 4 terminal apa pun di bagian atas kepang; setelah beberapa percobaan, kami memutuskan konektor Molex Nanofit. (Inilah yang digunakan PCB kami.) Mereka memiliki profil rendah pada papan sirkuit, koneksi mekanis yang solid dengan klip untuk menjaganya tetap terkunci, tetapi masih mudah untuk dimasukkan dan dilepas.

Konektor Nanofit berjalan bersama dalam tiga tahap:

Pertama, masukkan kedua ujung termistor yang dikerutkan ke dalam dua stopkontak paling tengah pada separuh konektor laki-laki.

Selanjutnya, masukkan dua ujung atas yang berkerut dari kawat kepang ke dalam stopkontak paling kiri dan paling kanan pada separuh konektor laki-laki.

Setelah ini berada di tempatnya, masukkan penahan ke dalam wadah. Ini membantu menahan kerutan di tempatnya sehingga kepang tidak terlepas dari konektor.

Setengah konektor perempuan ada di papan sirkuit, dan menghubungkan terminal rambut ke sirkuit drive dan sirkuit sentuh kapasitif, dan terminal termistor ke Arduino untuk penginderaan suhu.

Siap untuk berangkat

Sekarang, kawat siap untuk dikepang.

Langkah 6: Mengepang dan Mengapur

Ada beberapa cara untuk mengepang ekstensi rambut di sekitar kabel internal. Untuk penginderaan sentuh kapasitif, beberapa kabel harus diekspos. Namun untuk mendapatkan jalinan yang benar-benar alami, dan menyembunyikan teknologinya, kawat dapat dikepang seluruhnya di bagian dalam. Jalinan semacam ini tidak dapat melakukan penginderaan sentuhan yang efektif, tetapi masih dapat digerakkan dengan perubahan warna dan bentuk yang dramatis.

Gaya Jalinan 1: 4-Strand untuk Sentuhan Kapasitif

Tutorial kepang ini akan menunjukkan cara membuat kepang 4 untai. Ingatlah bahwa dalam kasus Anda, salah satu "untai" sebenarnya adalah kabel! Lihat gambar di atas untuk pengaturan mengepang kami, mengikuti pola 4-untai dengan tiga helai rambut dan satu kawat.

Gaya Jalinan 2: Kabel Tak Terlihat

Dalam kepang ini Anda membuat kepang tiga untai (inilah yang kebanyakan orang pikirkan ketika mereka memikirkan "kepang"), dan Anda hanya mengikat kabel dengan salah satu untaian. Berikut adalah tutorial bagus untuk kepang tiga untai.

Kapur dengan Pigmen Termokromik

Jika Anda ingin jalinan berubah warna saat digerakkan, itu harus dikapur dengan pigmen termokromik. Pertama, gantung kepang pada sesuatu, di atas meja yang dilapisi plastik (hal-hal akan menjadi sedikit berantakan). Ikuti petunjuk keselamatan untuk tinta termokromik Anda (pakai sarung tangan jika perlu!). Pasti memakai masker udara - Anda tidak akan pernah ingin menghirup partikel apa pun. Sekarang, ambil sikat pereda nyeri, dan tuangkan sedikit bubuk termokromik ke kepang Anda, mulai dari atas. Perlahan "cat" kepangan, sapukan bedak ke dalam kepang sebanyak mungkin. Anda akan kehilangan sebagian (tetapi jika jatuh di taplak meja plastik Anda, Anda dapat menyimpannya untuk kepang berikutnya). Anda dapat menonton timelapse yang kami bagikan di atas untuk melihat bagaimana kami melakukannya!

Langkah 7: Mengenakan Teknologi

Papan sirkuit dan baterai dapat dipasang pada ikat kepala, atau jepit rambut. Atau, untuk gaya yang lebih halus, kepang dapat dibuat dengan kabel yang lebih panjang di ujungnya. Kabel ini dapat dirutekan di bawah rambut alami, topi, syal, atau fitur lain ke lokasi lain di tubuh seperti di bawah kemeja atau di kalung. Dengan cara ini, rambut tidak langsung terlihat sebagai teknologi yang dapat dipakai.

Sirkuit dapat diperkecil, dengan revisi tambahan dan logika terintegrasi dan chip bluetooth. Sirkuit yang lebih kecil seperti itu akan lebih mudah disembunyikan pada jepit rambut dekoratif, dll., Namun daya akan tetap menjadi masalah, karena baterai saat ini hanya menjadi sangat kecil. Tentu saja, Anda dapat memasangnya ke dinding, tetapi kemudian Anda tidak bisa pergi terlalu jauh.

Anda dapat melihat prototipe super awal yang dikenakan dalam video di atas. (Lebih banyak gambar penutup akhir akan ditambahkan setelah demo publik.)

Lampiran

Anda akan segera dapat menemukan enklosur yang dapat dicetak 3D untuk sirkuit di repo github kami. Ini dapat diselipkan ke ikat rambut, atau dimodifikasi untuk faktor bentuk lainnya.

Langkah 8: Ikhtisar Perangkat Lunak

Dalam repo github kami, Anda akan menemukan beberapa sketsa Arduino yang menunjukkan berbagai cara mengendalikan rambut.

Sketsa 1: demo_timing

Ini adalah demo dasar fungsionalitas drive. Rambut menyala dan mati dalam jangka waktu tertentu, dan berkedip LED onboard saat menyala.

Sketsa 2: demo_captouch

Ini adalah demo penginderaan sentuh kapasitif. Menyentuh rambut akan menyalakan LED onboard. Anda mungkin harus menyesuaikan ambang sentuh kapasitif tergantung pada lingkungan dan sirkuit Anda.

Sketsa 3: demo_pcb_bluetooth_with_drive_captouch

Demo terintegrasi komunikasi bluetooth, penginderaan sentuh kapasitif, dan drive. Unduh aplikasi Bluefruit LE Connect di smartphone. Kode akan mengirimkan sinyal bluetooth saat kepang disentuh, mencetak hasilnya ke aplikasi. Menekan tombol pada pengontrol di aplikasi akan memulai dan menghentikan aktuasi kepang. Perhatikan bahwa pinout diatur untuk versi PCB kami. Jika Anda telah menghubungkan pin INH multiplekser ke pin digital seperti pada skema PCB, Anda mungkin harus menambahkan baris dalam kode untuk mengarahkan pin tersebut ke posisi rendah (kami hanya menyingkatnya ke ground).

Kode ini juga menyertakan metode kalibrasi, yang dipicu dengan mengirimkan karakter "c" melalui antarmuka UART di aplikasi.

Kalibrasi Sentuh Kapasitif

Karena penginderaan sentuh kapasitif sensitif terhadap faktor lingkungan seperti kelembaban, atau dicolokkan ke komputer atau tidak, kode ini akan memungkinkan Anda menentukan nilai ambang batas yang sesuai untuk penginderaan sentuh kapasitif yang akurat. Anda dapat menemukan contohnya di kode demo_pcb_bluetooth_with_drive_captouch. Satu catatan adalah bahwa kapasitansi juga berubah dengan panas. Kami belum menangani masalah di mana panas setelah aktuasi memicu status "disentuh".

Pemantauan Baterai

Contoh pemantauan baterai ada di sketsa demo_pcb_bluetooth_with_drive_captouch. LED onboard akan menyala ketika daya satu baterai turun di bawah ambang batas tertentu, meskipun tidak membedakan antara baterai kontrol dan baterai drive.

Interlock Suhu (Pematian Keselamatan)

Memantau suhu kepang memungkinkan kami mematikan daya jika terlalu panas. Data ini dikumpulkan dari termistor yang dijalin ke dalam jalinan. Contohnya dapat ditemukan di sketsa demo_pcb_bluetooth_with_drive_captouch.

Langkah 9: Memuat dan Memodifikasi Kode

Kami menggunakan lingkungan Arduino standar untuk menulis kode untuk HairIO, dan mengunggahnya ke papan.

Arduino Nano dapat diperoleh dari beberapa sumber; kami membeli ini, yang memerlukan firmware tambahan untuk beroperasi dengan lingkungan Arduino. Anda dapat mengikuti petunjuk ini untuk mengaturnya di mesin Anda. Jika Anda menggunakan Arduino Nano standar (yaitu, ini), Anda tidak perlu melakukan langkah ekstra itu.

Saat memodifikasi kode, pastikan pin perangkat keras Anda cocok dengan sirkuit Anda. Jika Anda mengubah pin, pastikan untuk memperbarui desain dan kode papan Anda.

Penting untuk dicatat bahwa perpustakaan sentuh kapasitif Illutron yang kami gunakan bergantung pada chip perangkat keras tertentu (Atmega328p). Jika Anda ingin menggunakan mikrokontroler yang berbeda, pastikan mikrokontroler tersebut kompatibel atau Anda harus memodifikasi kode tersebut. (Kami tidak ingin masuk ke kode tingkat rendah untuk proyek ini, jadi kami sangat menghargai pekerjaan Illutron. Menyinkronkan dengan pengaturan waktu perangkat keras bisa menjadi sangat sulit!)

Langkah 10: Desain Masa Depan: Ide dan Pedoman Modifikasi

Respon Panas

Jika Anda ingin tahu lebih banyak tentang perilaku respons panas kepang, Anda dapat menemukan model matematika rambut di makalah kami. Kuncinya adalah bahwa perubahan warna dan bentuk akan terjadi pada waktu yang berbeda dan dalam urutan yang berbeda berdasarkan jumlah rambut isolasi di sekitar kawat, dan jumlah daya yang disuplai (yang mengubah seberapa cepat memanas)

Perbaikan sirkuit:

• Menggeser modul bluetooth ke kanan memungkinkan Anda untuk membuat ketinggian susun lebih pendek, karena tidak akan masuk ke konektor USB Arduino. Ada juga papan Arduino dengan modul bluetooth terintegrasi (tetapi kebanyakan dari mereka memiliki chip yang berbeda sehingga menggunakannya akan melibatkan perubahan kode).
• Jejak konektor baterai dapat berubah tergantung pada jenis baterai yang Anda gunakan.
• Jejak sakelar bersifat umum dan mungkin harus diganti dengan jejak kaki yang ingin Anda gunakan.
• Anda mungkin ingin dapat PWM sirkuit drive untuk mengontrol daya melalui jalinan; untuk melakukannya pin sinyal drive harus dialihkan ke D3 atau pin PWM perangkat keras lainnya.
• Jika Anda membalikkan pasangan multiplexer (misalnya braid1 drive dan braid2 touch pada saluran 0, dan braid2 drive dan braid1 touch pada saluran 1, alih-alih sentuh dan drive untuk jalinan yang sama pada satu saluran), Anda akan dapat merasakan kapasitif sentuh satu jalinan saat mengemudikan jalinan lainnya, alih-alih dicegah melakukan penginderaan kapasitif sama sekali saat apa pun sedang mengemudi.

• Beberapa modifikasi mungkin memungkinkan satu baterai untuk mengontrol logika dan drive. Beberapa pertimbangan antara lain:

  • Tegangan tinggi (misalnya baterai 7.4 LiPo) akan memundurkan Arduino melalui rangkaian penginderaan kapasitif dan pin digital. Ini tidak baik untuk Arduino dalam jangka panjang. Ini mungkin diperbaiki dengan memasukkan transistor lain antara rangkaian penginderaan kapasitif dan rambut.
  • Terlalu banyak daya yang ditarik oleh rambut dapat membuat Arduino menjadi coklat. Ini mungkin diperbaiki dengan PWM'ing sinyal drive.

Peningkatan Perangkat Lunak

Penginderaan sentuh kapasitif frekuensi sapuan dapat digunakan untuk mendeteksi berbagai jenis sentuhan, mis. satu atau dua jari, mencubit, memutar-mutar… Ini membutuhkan skema klasifikasi yang lebih rumit daripada thresholding dasar yang kami tunjukkan di sini. Kapasitansi berubah dengan suhu. Meningkatkan kode penginderaan sentuh untuk mempertimbangkan hal ini akan membuat penginderaan lebih dapat diandalkan

Tentu saja, jika Anda membuat versi HairIO, kami akan senang mendengarnya

Langkah 11: Catatan Keselamatan

HairIO adalah platform penelitian, dan tidak dimaksudkan sebagai produk komersial atau penggunaan sehari-hari. Saat membuat dan memakai HairIO Anda sendiri, harap perhatikan pertimbangan berikut:

Panas

Karena HairIO beroperasi dengan pemanasan resistif, ada kemungkinan panas berlebih. Jika termistor gagal atau tidak cukup dekat dengan jalinan, mungkin tidak dapat membaca suhu dengan benar. Jika Anda tidak menyertakan kode pemutus suhu, suhu mungkin lebih panas dari yang dimaksudkan. Meskipun kami tidak pernah mengalami luka bakar dengan HairIO, ini merupakan pertimbangan penting.

Baterai

Di HairIO, kami menggunakan baterai LiPo sebagai sumber daya kami. LiPos adalah alat yang hebat, karena dapat diisi ulang dan dapat mengalirkan arus tinggi dalam paket kecil. Mereka juga harus diperlakukan dengan hati-hati; jika diisi atau ditusuk dengan tidak benar, mereka dapat terbakar. Silakan lihat referensi ini untuk mempelajari lebih lanjut tentang merawat LiPos Anda: panduan menyeluruh; tips cepat.

Pigmen termokromik

Yang kami gunakan tidak beracun, tapi tolong jangan memakannya. Baca panduan keselamatan untuk apa pun yang Anda beli.

Langkah 12: Referensi dan Tautan

Di sini kami mengumpulkan referensi dan tautan dalam Instruksi ini untuk akses mudah:

rambutIO

HairIO: Rambut Manusia sebagai Bahan Interaktif - Ini adalah makalah akademis di mana HairIO pertama kali dipresentasikan.

HairIO Github repo - Di sini Anda akan menemukan git repo dari semua skema dan kode yang digunakan untuk demo ini, serta beberapa lembar data untuk komponen penting.

Youtube - Lihat aksi rambut!

Daftar Bahan untuk HairIO PCB

Sentuhan kapasitif

Touché: Meningkatkan Interaksi Sentuh pada Manusia, Layar, Cairan, dan Benda Sehari-hari

Dapat diinstruksikan untuk repo Touche + Illutron Github versi Arduino untuk kode Arduino

Bluetooth

Modul Bluetooth

aplikasi bluetooth

Keamanan Baterai LiPo

Panduan Lengkap

Kiat Cepat

Teknologi Terkait Rambut Lainnya

Peralatan Rambut, Katia Vega

Api, Yang Tak Terlihat

Penulis

Lab Ekologi Hibrida

Christine Dierk

Molly Nicholas

Sarah Steman