HairIO: Μαλλιά ως διαδραστικό υλικό: 12 βήματα (με εικόνες)

2025 Συγγραφέας: John Day | [email protected]. Τελευταία τροποποίηση: 2025-01-23 14:39

HairIO: Η ανθρώπινη τρίχα ως διαδραστικό υλικό

Τα μαλλιά είναι ένα μοναδικό και ελάχιστα εξερευνημένο υλικό για νέες φορετές τεχνολογίες. Η μακρά ιστορία της πολιτιστικής και ατομικής έκφρασης το καθιστά ένα γόνιμο μέρος για νέες αλληλεπιδράσεις. Σε αυτό το Instructable, θα σας δείξουμε πώς να κάνετε διαδραστικές επεκτάσεις μαλλιών που αλλάζουν σχήμα και χρώμα, αισθάνονται την αφή και επικοινωνούν μέσω bluetooth. Θα χρησιμοποιήσουμε ένα προσαρμοσμένο κύκλωμα, ένα Arduino Nano, μια πλακέτα Adafruit Bluetooth, ένα κράμα μνήμης σχήματος και θερμοχρωμικές χρωστικές.

Αυτό το Instructable δημιουργήθηκε από τις Sarah Sterman, Molly Nicholas και Christine Dierk, τεκμηριώνοντας τις εργασίες που έγιναν στο Hybrid Ecologies Lab στο UC Berkeley με τον Eric Paulos. Ανάλυση αυτής της τεχνολογίας και πλήρης μελέτη μπορείτε να βρείτε στο έγγραφό μας, που παρουσιάστηκε στο TEI 2018. Σε αυτό το Instructable θα βρείτε ολοκληρωμένη τεκμηρίωση υλικού, λογισμικού και ηλεκτρονικών, καθώς και πληροφορίες σχετικά με τις αποφάσεις σχεδιασμού που πήραμε και τους αγώνες που αντιμετωπίσαμε Το

Θα ξεκινήσουμε με μια σύντομη επισκόπηση του συστήματος και παραδείγματα για τον τρόπο χρήσης του HairIO. Στη συνέχεια θα συζητήσουμε τα ηλεκτρονικά που εμπλέκονται, στη συνέχεια θα μεταβούμε στο υλικό και θα δημιουργήσουμε τις επεκτάσεις μαλλιών. Οι τελευταίες ενότητες θα καλύψουν τον κώδικα και μερικές συμβουλές για την πραγματοποίηση τροποποιήσεων.

Σύνδεσμοι με συγκεκριμένους πόρους θα παρέχονται σε κάθε ενότητα και θα συλλέγονται επίσης στο τέλος.

Καλή κατασκευή!

Βήμα 1: Πώς λειτουργεί;

ΣΦΑΙΡΙΚΗ ΕΙΚΟΝΑ

Το σύστημα HairIO λειτουργεί με δύο βασικές αρχές: χωρητική αφή και αντίσταση θέρμανσης. Ανιχνεύοντας το άγγιγμα, μπορούμε να κάνουμε την επέκταση των μαλλιών να ανταποκρίνεται σε αγγίγματα. Και θερμαίνοντας την επέκταση, μπορούμε να προκαλέσουμε αλλαγή χρώματος με θερμοχρωμικές χρωστικές και αλλαγή σχήματος με κράμα μνήμης σχήματος. Ένα τσιπ bluetooth επιτρέπει σε συσκευές όπως τηλέφωνα και φορητούς υπολογιστές να επικοινωνούν επίσης με τα μαλλιά, είτε να προκαλέσουν αλλαγή σχήματος ή χρώματος, είτε να λαμβάνουν σήμα όταν γίνεται αισθητό ένα άγγιγμα στα μαλλιά.

Παράδειγμα αλληλεπιδράσεων και χρήσεων

Το HairIO είναι μια ερευνητική πλατφόρμα, που σημαίνει ότι θα θέλαμε να δούμε τι θα κάνετε με αυτό! Ορισμένες αλληλεπιδράσεις που σχεδιάσαμε παρουσιάζονται στα παραπάνω βίντεο ή στο πλήρες βίντεο μας στο Youtube.

Μια πλεξούδα που αλλάζει σχήμα μπορεί να ειδοποιήσει τον χρήστη για ένα γραπτό μήνυμα, γαργαλώντας απαλά το αυτί του χρήστη καθώς κινείται.

Or ίσως μπορεί να δώσει οδηγίες στον χρήστη, κινούμενοι στο οπτικό πεδίο για να υποδείξουν σε ποια κατεύθυνση θα στραφούν.

Τα μαλλιά μπορούν να αλλάξουν δραματικά, για στυλ ή παράσταση. Το στυλ μπορεί να μεταμορφωθεί όλη την ημέρα ή να ενημερωθεί για ένα συγκεκριμένο γεγονός.

Τα μαλλιά μπορούν επίσης να επιτρέψουν κοινωνικές αλληλεπιδράσεις. Φανταστείτε να πλέκετε τα ενισχυμένα μαλλιά ενός φίλου σας, στη συνέχεια να μπορείτε να αλλάξετε το χρώμα των μαλλιών του φίλου αγγίζοντας τη δική σας πλεξούδα από μακριά.

Συστατικά

Όλη η αίσθηση, η λογική και ο έλεγχος χειρίζονται ένα προσαρμοσμένο κύκλωμα και το Arduino Nano, που φοριέται στο κεφάλι. Αυτό το κύκλωμα έχει δύο κύρια στοιχεία: ένα χωρητικό κύκλωμα ανίχνευσης αφής και ένα κύκλωμα κίνησης για τη μετάβαση της ισχύος στην πλεξούδα. Μια εμπορική επέκταση μαλλιών πλέκεται γύρω από ένα σύρμα νιτινόλης, το οποίο είναι ένα κράμα μνήμης σχήματος. Αυτό το σύρμα θα κρατήσει ένα σχήμα όταν κρυώσει και θα μετακινηθεί σε ένα δεύτερο σχήμα όταν θερμανθεί. Μπορούμε να εκπαιδεύσουμε σχεδόν οποιοδήποτε δεύτερο σχήμα στο σύρμα (περιγράφεται αργότερα σε αυτό το Instructable). Δύο μπαταρίες LiPo τροφοδοτούν το κύκλωμα ελέγχου στα 5V και τα μαλλιά στα 3.7V.

Βήμα 2: Ηλεκτρονικά

Έλεγχος και χωρητική αφή

Το χωρητικό κύκλωμα αφής προσαρμόζεται από το έργο Touché της Disney, μέσω αυτού του υπέροχου Instructable για την αναπαραγωγή του Touche στο Arduino. Αυτή η ρύθμιση υποστηρίζει ευρεία χωρητικότητα ανίχνευση αφής και επιτρέπει πιο σύνθετη αναγνώριση χειρονομιών από το απλό άγγιγμα/χωρίς άγγιγμα. Μια σημείωση εδώ είναι ότι το χωρητικό κύκλωμα αφής και ο κώδικας υποθέτουν ένα συγκεκριμένο τσιπ Arduino, το Atmega328P. Εάν επιλέξετε να χρησιμοποιήσετε ένα τσιπ εναλλακτικού μικροελεγκτή, ίσως χρειαστεί να επανασχεδιάσετε τον κώδικα ή να βρείτε έναν εναλλακτικό μηχανισμό ανίχνευσης.

Το κύκλωμα ελέγχου χρησιμοποιεί ένα Arduino Nano για τη λογική και έναν αναλογικό πολυπλέκτη για να επιτρέπει τον διαδοχικό έλεγχο πολλαπλών πλεξούδων από τα ίδια κυκλώματα και μπαταρίες. Το χωρητικό άγγιγμα ανιχνεύεται σχεδόν ταυτόχρονα με γρήγορη εναλλαγή μεταξύ καναλιών (τόσο γρήγορα που είναι βασικά σαν να αισθανόμαστε και τα δύο ταυτόχρονα). Η ενεργοποίηση των πλεξούδων περιορίζεται από τη διαθέσιμη ισχύ. Η συμπερίληψη ισχυρότερων ή πρόσθετων μπαταριών θα μπορούσε να επιτρέψει ταυτόχρονη ενεργοποίηση, ωστόσο εδώ την περιορίζουμε σε διαδοχική ενεργοποίηση για απλότητα. Το σχηματικό σχήμα που παρέχεται μπορεί να ελέγξει δύο πλεξούδες (αλλά ο πολυπλέκτης στο κύκλωμα μπορεί να υποστηρίξει έως και τέσσερις!).

Για την απλούστερη έκδοση του κυκλώματος, αφήστε τον πολυπλέκτη εκτός και ελέγξτε μία μόνο πλεξούδα απευθείας από το Arduino.

Drive Circuit και Thermistor

Πραγματοποιούμε χωρητική επαφή στο ίδιο σύρμα με την ενεργοποίηση (η νιτινόλη). Αυτό σημαίνει λιγότερα καλώδια/πολυπλοκότητα στην πλεξούδα και περισσότερα στο κύκλωμα.

Το κύκλωμα κίνησης αποτελείται από ένα σύνολο διπολικών τρανζίστορ (BJT) για την ενεργοποίηση και απενεργοποίηση της ενεργοποίησης της τρίχας. Είναι σημαντικό αυτά να είναι τρανζίστορ διπολικής σύνδεσης και όχι τα πιο κοινά (και γενικά καλύτερα) MOSFET, επειδή τα BJT δεν διαθέτουν εσωτερική χωρητικότητα. Η εσωτερική χωρητικότητα ενός MOSFET θα κατακλύσει το κύκλωμα ανίχνευσης αφής.

Πρέπει επίσης να αλλάξουμε τόσο γείωση όσο και ισχύ, και όχι απλώς ισχύ, και πάλι για χάρη της χωρητικής ανίχνευσης αφής, αφού δεν υπάρχει χωρητικό σήμα από ένα γειωμένο ηλεκτρόδιο.

Ένας εναλλακτικός σχεδιασμός που χρησιμοποιεί ξεχωριστές πηγές για χωρητική αφή και κίνηση μπορεί να απλοποιήσει σημαντικά αυτό το κύκλωμα, ωστόσο καθιστά τον μηχανικό σχεδιασμό πιο περίπλοκο. Εάν η χωρητική ανίχνευση είναι απομονωμένη από το power for drive, μπορούμε να ξεφύγουμε με έναν μόνο διακόπτη ισχύος και μπορεί να είναι FET ή οτιδήποτε άλλο. Τέτοιες λύσεις θα μπορούσαν να περιλαμβάνουν τη μεταλλοποίηση των ίδιων των μαλλιών, όπως στο Hairware της Katia Vega.

Τσιπ Bluetooth

Το τσιπ bluetooth που χρησιμοποιήσαμε είναι το Bluefruit Friend από το Adafruit. Αυτή η ενότητα είναι αυτόνομη και χρειάζεται μόνο να συνδεθεί με το Arduino, το οποίο θα χειριστεί τη λογική της επικοινωνίας.

Επιλογή μπαταρίας

Για μπαταρίες, θέλετε επαναφορτιζόμενες μπαταρίες που μπορούν να παρέχουν αρκετή τάση για την τροφοδοσία του Arduino και αρκετό ρεύμα για να οδηγήσει τη νιτινόλη. Δεν χρειάζεται να είναι η ίδια μπαταρία. Στην πραγματικότητα, για να αποφύγουμε να μαυρίσουμε το Arduino, φτιάξαμε όλα τα αρχικά μας πρωτότυπα με δύο μπαταρίες: μία για έλεγχο και μία για οδήγηση.

Το Arduino Nano απαιτεί τουλάχιστον 5V και η νιτινόλη αντλεί μέγιστο περίπου 2 Amps.

Επιλέξαμε μια μπαταρία 3,7 V από την ValueHobby για να οδηγήσουμε τα μαλλιά και μια μπαταρία 7,4V από την ValueHobby για να τροφοδοτήσουμε το Arduino. Προσπαθήστε να μην χρησιμοποιείτε κανονικές μπαταρίες 9V. θα στραγγίσουν κάτω από τη χρησιμότητα μέσα σε 15 λεπτά και θα προκαλέσουν πολλά απόβλητα. (Το ξέρουμε, γιατί προσπαθήσαμε…)

Διάφορες Λεπτομέρειες

Παρακολούθηση μπαταρίας: μια αντίσταση 4,7k Ohm μεταξύ της γραμμής τροφοδοσίας της μπαταρίας της μονάδας δίσκου και μιας αναλογικής ακίδας μας επιτρέπει να παρακολουθούμε τη φόρτιση της μπαταρίας της μονάδας δίσκου. Χρειάζεστε αυτήν την αντίσταση για να εμποδίσετε την μπαταρία να ενεργοποιήσει το Arduino μέσω της αναλογικής ακίδας (κάτι που θα ήταν κακό: δεν θέλετε να το κάνετε αυτό). Η μπαταρία Arduino μπορεί να παρακολουθείται μόνο με κωδικό - δείτε την ενότητα σχετικά με το λογισμικό για την επίδειξη κώδικα.

Jumper: Υπάρχει χώρος για ένα jumper μεταξύ των δύο υποδοχών μπαταρίας, αν θέλετε να χρησιμοποιήσετε μια μπαταρία για να τροφοδοτήσετε τα πάντα. Αυτό κινδυνεύει να αμαυρώσει το Arduino, αλλά με σωστή επιλογή μπαταρίας και κάποιο λογισμικό PWM της μονάδας δίσκου, θα πρέπει να λειτουργήσει. (Αν και δεν το έχουμε καταφέρει ακόμα.) (Αν το δοκιμάσετε - ενημερώστε μας πώς πάει!)

Βήμα 3: Συναρμολόγηση ηλεκτρονικών συσκευών

Βάζοντας το κύκλωμα μαζί

Σχεδιάσαμε το κύκλωμα αρχικά σε δύο μέρη, συνδέοντας τα κυκλώματα κίνησης και ελέγχου με ένα εύκαμπτο καλώδιο. Στην ενσωματωμένη έκδοση PCB, τα κυκλώματα συμπυκνώνονται σε έναν πίνακα. Το προηγούμενο σχέδιο επιτρέπει πιο ευέλικτη τοποθέτηση πλεξούδων στο κεφάλι, αλλά το δεύτερο είναι πολύ πιο απλό στη συναρμολόγηση. Μπορείτε να βρείτε τα σχηματικά αρχεία και τη διάταξη του πίνακα στο repo του Github. Υπάρχουν δύο τρόποι για να φτιάξετε τα κυκλώματα: 1) να φτιάξετε χειροποίητα μια έκδοση πλακέτας perf με συστατικά διαμπερή σύμφωνα με το σχήμα, ή 2) να δημιουργήσετε το PCB από το αρχείο της πλακέτας που παρέχουμε (σύνδεσμος παραπάνω) και να συναρμολογήσετε με εξαρτήματα τοποθέτησης επιφάνειας Το

Συστατικά

Ο λογαριασμός υλικών για την έκδοση PCB + πλεξούδες είναι εδώ.

Αλέσαμε τους δοκιμαστικούς PCB μας μόνοι μας σε ένα Othermill και μετά παραγγείλαμε τα τελικά PCB από τα εξαιρετικά κυκλώματα Bay Area. Τόσο η εσωτερική όσο και η επαγγελματική κατασκευή σανίδων θα λειτουργήσουν άψογα, αν και η επίστρωση ή η συγκόλληση όλων των σπιτιών είναι πόνος.

Συμβουλές

• Χρησιμοποιήσαμε πάστα συγκόλλησης και φούρνο επαναφόρτισης ή θερμαινόμενη πλάκα για τα εξαρτήματα τοποθέτησης στην επιφάνεια και στη συνέχεια συγκολλήσαμε τα εξαρτήματα της οπής μετά με το χέρι.
• Προτείνουμε την έκδοση breadboard/perf board για γρήγορη δημιουργία πρωτοτύπων και το PCB για αξιοπιστία.
• Χρησιμοποιούμε κοντές γυναικείες κεφαλίδες για να κρατάμε το Nano στο PCB, έτσι ώστε να μπορεί να αφαιρεθεί. Οι μακριές γυναικείες κεφαλίδες μπορούν να συγκολληθούν όχι πολύ στο στόμα για να σηκώσουν το τσιπ bluetooth αρκετά ψηλά για να φωλιάσουν πάνω από το Arduino. (Θα πρέπει επίσης να προσθέσετε ταινία Kapton για να αποφύγετε τυχαία βραχυκύκλωμα).
• Το τσιπ bluetooth πρέπει στην πραγματικότητα να κολληθεί στις αντρικές του κεφαλίδες ανάποδα για να ταιριάζει με τη σειρά καρφιτσών στη διάταξη PCB. (Φυσικά, μπορείτε να τροποποιήσετε αυτήν τη διάταξη.) Γιατί το κάναμε αυτό; Επειδή κάνει τις καρφίτσες να ταιριάζουν πιο όμορφα με τη διάταξη Arduino.

Βήμα 4: Επισκόπηση υλικού μαλλιών

Το HairIO είναι μια επέκταση μαλλιών πλεγμένη γύρω από δύο συνδεδεμένα μήκη σύρματος, τοποθετημένη σε ένα συνδετήρα και ένα θερμίστορ για τη ρύθμιση της θερμοκρασίας. Μπορεί να κιμωληθεί με θερμοχρωμικές χρωστικές μετά από πλήρη συναρμολόγηση. Η κατασκευή μιας πλεξούδας HairIO αποτελείται από διάφορα στάδια:

1) Εκπαιδεύστε το κράμα μνήμης σχήματος στο σχήμα επιθυμίας.

2) Συναρμολογήστε το εσωτερικό σύρμα με πτύχωση και συγκόλληση μήκους κράματος μνήμης σχήματος σε μονωμένο σύρμα χαλκού.

3) Πιάστε και μονώστε ένα θερμίστορ.

4) Συνδέστε το καλώδιο και το θερμίστορ σε μια υποδοχή.

5) Πλεκτά μαλλιά γύρω από το σύρμα.

6) Κιμωλία τα μαλλιά.

Θα εξετάσουμε κάθε ένα από τα στάδια λεπτομερώς στις επόμενες ενότητες.

Βήμα 5: Συναρμολόγηση των καλωδίων μαλλιών

Τα πρώτα στάδια περιλαμβάνουν τη συναρμολόγηση των εσωτερικών καλωδίων που παρέχουν αλλαγή σχήματος και αντίσταση θέρμανσης. Εδώ αποφασίζετε το μήκος της πλεξούδας, το επιθυμητό σχήμα όταν θερμαίνεται και τον τύπο του συνδετήρα που θα χρησιμοποιήσετε. Εάν όλες οι πλεξούδες έχουν έναν κοινό τύπο σύνδεσης, μπορούν εύκολα να αντικατασταθούν στον ίδιο πίνακα κυκλωμάτων για διάφορες μορφές και χρώματα, καθώς και τύπους και μήκη μαλλιών.

Εάν δεν θέλετε αλλαγή σχήματος σε μια συγκεκριμένη πλεξούδα, το κράμα μνήμης σχήματος μπορεί να αντικατασταθεί με ένα μήκος κανονικού σύρματος. Εάν θέλετε να υποστηρίξετε χωρητική αφή, το ανταλλακτικό καλώδιο πρέπει να είναι μονωμένο για καλύτερο αποτέλεσμα.

Εκπαίδευση του κράματος μνήμης σχήματος

Το κράμα μνήμης σχήματος που χρησιμοποιούμε εδώ είναι η νιτινόλη, ένα κράμα νικελίου-τιτανίου. Όταν κρυώσει, παραμένει σε ένα σχήμα, αλλά όταν θερμανθεί επιστρέφει σε αυτό που ονομάζεται "εκπαιδευμένη" κατάσταση. Έτσι, αν θέλουμε μια πλεξούδα που κουλουριάζεται όταν θερμαίνεται, μπορεί να είναι ίσια όταν κρυώσει, αλλά να εκπαιδευτεί σε μπούκλα. Μπορείτε να δημιουργήσετε σχεδόν οποιοδήποτε σχήμα θέλετε, αν και η ικανότητα του σύρματος να σηκώνει βάρος περιορίζεται από τη διάμετρό του.

Κόψτε τη νιτινόλη στο επιθυμητό μήκος της πλεξούδας, αφήνοντας λίγο παραπάνω για τις καμπύλες κατά τη διάρκεια της πλέξης και για συνδέσεις στο πάνω και κάτω μέρος.

Για να εκπαιδεύσετε τη νιτινόλη, δείτε αυτό το φανταστικό Instructable.

Οι τύποι πλεξούδων με τους οποίους έχουμε πειραματιστεί περιλαμβάνουν μπούκλες, κάμψεις ορθής γωνίας για να επιτρέψουν στα μαλλιά να σηκωθούν ίσια και δεν εκπαιδεύουν καθόλου τη νιτινόλη. Αυτό μπορεί να ακούγεται τεμπέλης, αλλά επιτρέπει στα μαλλιά να ισιώσουν από οποιοδήποτε σχήμα όταν ενεργοποιούνται. Το σύρμα θα κρατήσει ένα σχήμα στο οποίο το λυγίζετε όταν κρυώσει, π.χ. μια μπούκλα, στη συνέχεια ισιώστε έξω από αυτό το σχήμα όταν θερμαίνεται. Εξαιρετικά δροσερό και πολύ πιο εύκολο!

Συναρμολόγηση των καλωδίων

Η νιτινόλη δεν είναι μονωμένη και τρέχει μόνο προς μία κατεύθυνση. Για να δημιουργήσουμε ένα πλήρες κύκλωμα, χρειαζόμαστε ένα δεύτερο μονωμένο σύρμα για να συνδεθούμε στο κάτω μέρος και να επιστρέψουμε στον σύνδεσμο από πάνω. (Ένα μη μονωμένο καλώδιο θα προκαλέσει βραχυκύκλωμα όταν αγγίζει τη νιτινόλη και θα αποτρέψει ακόμη και τη θέρμανση.)

Κόψτε ένα μήκος μονωμένου σύρματος χαλκού στο ίδιο μήκος με τη νιτινόλη. Χρησιμοποιήσαμε σύρμα μαγνήτη 30 AWG. Αφαιρέστε τη μόνωση και στα δύο άκρα. Για σύρμα μαγνήτη, η επίστρωση μπορεί να αφαιρεθεί κάνοντας ελαφρά το σύρμα με ανοιχτή φλόγα μέχρι να γίνουν οι μόνωση και να σκουπιστεί (αυτό διαρκεί περίπου 15 δευτερόλεπτα με τον αναπτήρα). Σημειώστε ότι αυτό καθιστά το σύρμα ελαφρώς εύθραυστο στην καμένη θέση.

Διασκεδαστικό γεγονός για τη νιτινόλη: Δυστυχώς, το κολλητήρι δεν του αρέσει να κολλάει στη νιτινόλη. (Είναι ένας τεράστιος πόνος.) Η καλύτερη λύση είναι να χρησιμοποιήσετε μια πτύχωση για να δημιουργήσετε μια μηχανική σύνδεση με τη νιτινόλη και, στη συνέχεια, προσθέστε κόλλα για να εξασφαλίσετε μια ηλεκτρική σύνδεση.

Κρατήστε το άκρο της νιτινόλης και το πρόσφατα μη μονωμένο σύρμα χαλκού μαζί και τοποθετήστε το σε μια πτύχωση. Σφίξτε τα σταθερά μαζί. Εάν απαιτείται επιπλέον δύναμη σύνδεσης, προσθέστε ένα μικρό κομμάτι συγκόλλησης. Καλύψτε την πτύχωση και τυχόν εναπομείναντες ουρές σύρματος με συρρίκνωση θερμότητας, έτσι ώστε ο χρήστης σας να μην σπρώχνει με τα μυτερά άκρα. Δεν έχει σημασία τι είδους πτύχωση χρησιμοποιείτε στο κάτω μέρος, αφού είναι καθαρά για μια μηχανική σύνδεση μεταξύ των δύο καλωδίων.

Στο άλλο άκρο, θα προσθέσουμε μια πτύχωση σε κάθε άκρη σύρματος. Εδώ, ο τύπος του πτύχωσης έχει σημασία. Πρέπει να χρησιμοποιήσετε το πρέσα ζευγαρώματος για τη σύνδεση σας. Αυτά τα άκρα των συρμάτων θα προσαρτηθούν στο βύσμα για διασύνδεση με την πλακέτα κυκλώματος.

Κάνοντας ένα stand-up πλεξούδα:

Οι πλεξούδες μπορεί να είναι πολύ λεπτές ή πολύ δραματικές. Εάν θέλετε ένα δραματικό εφέ, όπως φαίνεται στην εικόνα της κόμμωσης παραπάνω, ή στο βίντεο με την ερμηνευτική κατάσταση νωρίτερα, απαιτείται ένα επιπλέον βήμα. Οι πλεξούδες προτιμούν να στρίβουν παρά να σηκώνουν, οπότε πρέπει να είναι σφιχτές για να παραμείνουν στο σωστό προσανατολισμό. Το στήριγμα μας έχει σχήμα τεντωμένου Ζ (δείτε την εικόνα). Περάσαμε μια πτύχωση στη νιτινόλη, στη συνέχεια συγκολλήσαμε το στήριγμα στην πτύχωση και, τέλος, καλύψαμε το όλο θέμα με θερμοσυρρίκνωση και ηλεκτρική ταινία.

Προετοιμασία του θερμίστορ

Το θερμίστορ είναι μια θερμικά ευαίσθητη αντίσταση που μας επιτρέπει να μετρήσουμε τη θερμοκρασία της πλεξούδας. Το χρησιμοποιούμε για να βεβαιωθούμε ότι η πλεξούδα δεν ζεσταίνεται ποτέ για να φορέσει ο χρήστης. Θα προσθέσουμε το θερμίστορ στον ίδιο σύνδεσμο στον οποίο θα στερεωθεί η πλεξούδα.

Αρχικά, σύρετε τη θερμική συρρίκνωση στα πόδια του θερμίστορ και χρησιμοποιήστε ένα πιστόλι θερμότητας για να το συρρικνώσετε. Αυτό θα μονώσει τα πόδια, για να εμποδίσει το θερμίστορ να βραχυκυκλώσει στην μη μονωμένη νιτινόλη. Αφήστε λίγο καλώδιο εκτεθειμένο στο τέλος για ένα πτύχωμα. Και πάλι, αυτές οι πτυχώσεις πρέπει να είναι οι κατάλληλες για τη σύνδεση σας.

Σφίξτε τα άκρα του θερμίστορ. Εάν μπορείτε, πάρτε λίγο από τη θερμότητα που συρρικνώνεται στα πρώτα δόντια της πτύχωσης ως ανακούφιση από την καταπόνηση. Μην το βάζετε πολύ μέχρι το τέλος όμως, αφού τα καλώδια πρέπει να συνδεθούν για καλή ηλεκτρική σύνδεση.

Τώρα το θερμίστορ είναι έτοιμο να συνδεθεί στον σύνδεσμο.

Συναρμολόγηση του συνδετήρα

Μπορείτε να χρησιμοποιήσετε οποιοδήποτε είδος σύνδεσης 4 ακροδεκτών στο πάνω μέρος της πλεξούδας. μετά από κάποιους πειραματισμούς, αποφασίσαμε για συνδέσμους Molex Nanofit. (Αυτό χρησιμοποιεί το PCB μας.) Έχουν χαμηλό προφίλ στην πλακέτα κυκλώματος, μια σταθερή μηχανική σύνδεση με ένα κλιπ για να τα κρατούν κλειδωμένα, αλλά είναι ακόμα εύκολο να τα τοποθετήσετε και να τα αφαιρέσετε.

Οι σύνδεσμοι Nanofit συνδυάζονται σε τρία στάδια:

Αρχικά, εισάγετε τα δύο πτυχωμένα άκρα του θερμίστορ στα δύο κεντρικά δοχεία στο αρσενικό μισό του συνδετήρα.

Στη συνέχεια, εισάγετε τα δύο πτυχωτά άνω άκρα του σύρματος πλεξούδας στα αριστερά και τα περισσότερα δεξιά δοχεία στο αρσενικό μισό του συνδετήρα.

Μόλις τοποθετηθούν, τοποθετήστε το συγκρατητήρα στα δοχεία. Αυτό βοηθά στη συγκράτηση των πτυχώσεων στη θέση τους, έτσι ώστε η πλεξούδα να μην τραβάει το βύσμα.

Το θηλυκό μισό του συνδετήρα βρίσκεται στην πλακέτα κυκλώματος και συνδέει τους ακροδέκτες τρίχας στο κύκλωμα κίνησης και το κύκλωμα αφής χωρητικότητας και τους ακροδέκτες θερμίστορ στο Arduino για ανίχνευση θερμοκρασίας.

Ετοιμος να φύγω

Τώρα, το σύρμα είναι έτοιμο για πλέξη.

Βήμα 6: Πλέξη και αμυχή

Υπάρχουν διάφοροι τρόποι για να πλέξετε την προέκταση των μαλλιών γύρω από τα εσωτερικά καλώδια. Για χωρητική ανίχνευση αφής, πρέπει να εκτίθεται κάποιο σύρμα. Ωστόσο, για να έχετε μια εντελώς φυσική εμφάνιση πλεξούδας και να κρύψετε την τεχνολογία, το σύρμα μπορεί να πλεγθεί εξ ολοκλήρου στο εσωτερικό. Αυτό το είδος πλεξούδας δεν μπορεί να κάνει αποτελεσματική ανίχνευση αφής, αλλά μπορεί ακόμα να ενεργοποιηθεί με δραματική αλλαγή χρώματος και σχήματος.

Braid Style 1: 4-Strand για χωρητικό άγγιγμα

Αυτό το σεμινάριο πλεξούδας θα σας δείξει πώς να κάνετε την πλεξούδα 4 κλώνων. Λάβετε υπόψη ότι στην περίπτωσή σας, ένα από τα "σκέλη" είναι στην πραγματικότητα τα καλώδια! Ελέγξτε τις παραπάνω εικόνες για τη ρύθμιση της πλέξης μας, ακολουθώντας το μοτίβο 4 κλώνων με τρεις κορδόνια μαλλιών και ένα σύρμα.

Braid Style 2: Invisible Wires

Σε αυτήν την πλεξούδα κάνετε μια τρίκλωνη πλεξούδα (αυτό σκέφτονται οι περισσότεροι όταν σκέφτονται "μια πλεξούδα") και απλά συνδέετε τα καλώδια με ένα από τα σκέλη. Εδώ είναι ένα υπέροχο σεμινάριο για μια τρίκλωνη πλεξούδα.

Άσπαση με θερμοχρωμικές χρωστικές

Εάν επιθυμείτε μια πλεξούδα να αλλάξει χρώμα όταν ενεργοποιείται, πρέπει να κιμωλείται με θερμοχρωμικές χρωστικές. Αρχικά, κρεμάστε τις πλεξούδες σε κάτι, πάνω από ένα πλαστικό τραπεζάκι (τα πράγματα θα γίνουν λίγο ακατάστατα). Ακολουθήστε τις οδηγίες ασφαλείας για το θερμοχρωμικό μελάνι σας (φορέστε γάντια εάν είναι απαραίτητο!). Φορέστε σίγουρα μάσκα αέρα - δεν θέλετε ποτέ να αναπνέετε σωματίδια. Τώρα, πάρτε μια βούρτσα πόνου και βάλτε λίγη θερμοχρωμική σκόνη στην πλεξούδα σας, ξεκινώντας από την κορυφή. Απλώστε απαλά την πλεξούδα, βουρτσίζοντας τη σκόνη μέσα στην πλεξούδα όσο το δυνατόν περισσότερο. Θα χάσετε μερικά (αλλά αν πέσει στο πλαστικό σας τραπεζομάντιλο, μπορείτε να το σώσετε για την επόμενη πλεξούδα). Μπορείτε να παρακολουθήσετε το timelapse που μοιραστήκαμε παραπάνω για να δείτε πώς το κάναμε!

Βήμα 7: Φορώντας την τεχνολογία

Οι πλακέτες και οι μπαταρίες μπορούν να τοποθετηθούν σε κορδέλα κεφαλής ή κλιπ μαλλιών. Εναλλακτικά, για ένα πιο λεπτό στυλ, οι πλεξούδες μπορούν να γίνουν με πιο μακριά σύρματα στα άκρα. Αυτά τα καλώδια μπορούν να περάσουν κάτω από φυσικά μαλλιά, καπέλα, κασκόλ ή άλλα χαρακτηριστικά σε άλλη θέση στο σώμα, όπως κάτω από ένα πουκάμισο ή σε ένα κολιέ. Με αυτόν τον τρόπο, τα μαλλιά είναι λιγότερο αισθητά αμέσως ως φορετή τεχνολογία.

Το κύκλωμα μπορεί να συρρικνωθεί, με πρόσθετες αναθεωρήσεις και ενσωματωμένα τσιπ λογικής και bluetooth. Ένα τόσο μικρότερο κύκλωμα θα κρυβόταν πιο εύκολα σε ένα διακοσμητικό κλιπ μαλλιών κλπ., Ωστόσο η ισχύς θα παραμείνει ένα ζήτημα, αφού οι μπαταρίες αυτή τη στιγμή γίνονται τόσο μικρές. Φυσικά, θα μπορούσατε να το συνδέσετε στον τοίχο, αλλά τότε δεν θα μπορούσατε να πάτε πολύ μακριά.

Μπορείτε να δείτε ένα πολύ πρώιμο πρωτότυπο που φοριέται στο παραπάνω βίντεο. (Περισσότερες εικόνες των τελικών περιβλημάτων που θα προστεθούν μετά από μια δημόσια επίδειξη.)

Περίφραξη

Σύντομα θα μπορείτε να βρείτε ένα τρισδιάστατο εκτυπώσιμο περίβλημα για το κύκλωμα στο repo του github. Αυτό μπορεί να ολισθήσει πάνω σε ένα λουρί μαλλιών ή να τροποποιηθεί για άλλους παράγοντες μορφής.

Βήμα 8: Επισκόπηση λογισμικού

Στο github repo μας θα βρείτε αρκετά σκίτσα Arduino που δείχνουν διαφορετικούς τρόπους ελέγχου των μαλλιών.

Σκίτσο 1: demo_timing

Αυτή είναι μια βασική επίδειξη της λειτουργικότητας της μονάδας δίσκου. Τα μαλλιά ενεργοποιούνται και απενεργοποιούνται σε ορισμένο χρονικό διάστημα δευτερολέπτων και αναβοσβήνουν την ενδεικτική λυχνία LED όταν είναι ενεργοποιημένη.

Σκίτσο 2: demo_captouch

Αυτό είναι ένα demo της χωρητικής ανίχνευσης αφής. Το άγγιγμα των μαλλιών θα ανάψει το ενσωματωμένο LED. Mayσως χρειαστεί να ρυθμίσετε τα χωρητικά κατώφλια αφής ανάλογα με το περιβάλλον και το κύκλωμά σας.

Σκίτσο 3: demo_pcb_bluetooth_with_drive_captouch

Ενσωματωμένη επίδειξη επικοινωνίας bluetooth, χωρητική ανίχνευση αφής και μονάδα δίσκου. Κατεβάστε την εφαρμογή Bluefruit LE Connect σε smartphone. Ο κωδικός θα στείλει ένα σήμα bluetooth όταν αγγίξετε την πλεξούδα, εκτυπώνοντας το αποτέλεσμα στην εφαρμογή. Πατώντας κουμπιά στο χειριστήριο στην εφαρμογή θα ξεκινήσει και θα σταματήσει η ενεργοποίηση των πλεξούδων. Λάβετε υπόψη ότι τα pinouts έχουν ρυθμιστεί για την έκδοση PCB. Εάν έχετε συνδέσει τον πείρο INH του πολυπλέκτη σε μια ψηφιακή ακίδα όπως στο διάγραμμα PCB, ίσως χρειαστεί να προσθέσετε μια γραμμή στον κώδικα για να οδηγήσετε αυτό το pin χαμηλά (μόλις το βραχυκυκλώσαμε στη γείωση).

Αυτός ο κωδικός περιλαμβάνει επίσης μια μέθοδο βαθμονόμησης, η οποία ενεργοποιείται με την αποστολή ενός χαρακτήρα "c" μέσω της διεπαφής UART στην εφαρμογή.

Βαθμονόμηση χωρητικής αφής

Επειδή η χωρητική ανίχνευση αφής είναι ευαίσθητη σε περιβαλλοντικούς παράγοντες όπως η υγρασία ή η σύνδεση σε υπολογιστή ή όχι, αυτός ο κωδικός θα σας επιτρέψει να καθορίσετε μια κατάλληλη τιμή κατωφλίου για ακριβή χωρητική ανίχνευση αφής. Μπορείτε να βρείτε ένα παράδειγμα αυτού στον demo_pcb_bluetooth_with_drive_captouch κώδικα. Μια σημείωση είναι ότι η χωρητικότητα αλλάζει επίσης με τη θερμότητα. Δεν έχουμε χειριστεί ακόμη το ζήτημα όπου η θερμότητα μετά την ενεργοποίηση ενεργοποιεί την κατάσταση "αγγίγματος".

Παρακολούθηση μπαταρίας

Παραδείγματα παρακολούθησης της μπαταρίας υπάρχουν στο σκίτσο demo_pcb_bluetooth_with_drive_captouch. Η ενδεικτική λυχνία LED θα ανάψει όταν η φόρτιση μιας μπαταρίας πέσει κάτω από ένα ορισμένο όριο, αν και δεν κάνει διάκριση μεταξύ της μπαταρίας ελέγχου και της μπαταρίας κίνησης.

Σύμπλεξη θερμοκρασίας (κλείσιμο ασφαλείας)

Η παρακολούθηση της θερμοκρασίας της πλεξούδας μας επιτρέπει να απενεργοποιήσουμε το ρεύμα εάν ζεσταθεί πολύ. Αυτά τα δεδομένα συλλέγονται από το θερμίστορ που υφαίνεται στην πλεξούδα. Ένα παράδειγμα αυτού μπορεί να βρεθεί στο demo_pcb_bluetooth_with_drive_captouch σκίτσο.

Βήμα 9: Φόρτωση και τροποποίηση του κώδικα

Χρησιμοποιούμε το τυπικό περιβάλλον Arduino για να γράψουμε κώδικα για το HairIO και να τον ανεβάσουμε στους πίνακες.

Το Arduino Nanos μπορεί να ληφθεί από διάφορες πηγές. αγοράσαμε αυτά, τα οποία απαιτούν πρόσθετο υλικολογισμικό για να λειτουργούν με το περιβάλλον Arduino. Μπορείτε να ακολουθήσετε αυτές τις οδηγίες για να τις ρυθμίσετε στο μηχάνημά σας. Εάν χρησιμοποιείτε ένα τυπικό Arduino Nano (δηλαδή, αυτά) δεν χρειάζεται να κάνετε αυτό το επιπλέον βήμα.

Κατά την τροποποίηση του κώδικα, βεβαιωθείτε ότι οι ακίδες υλικού ταιριάζουν με το κύκλωμά σας. Εάν αλλάξετε μια καρφίτσα, φροντίστε να ενημερώσετε το σχέδιο και τον κωδικό της πλακέτας σας.

Είναι σημαντικό να σημειωθεί ότι η χωρητική βιβλιοθήκη αφής Illutron που χρησιμοποιούμε βασίζεται σε ένα συγκεκριμένο τσιπ υλικού (το Atmega328p). Εάν θέλετε να χρησιμοποιήσετε διαφορετικό μικροελεγκτή, βεβαιωθείτε ότι είναι συμβατός ή θα πρέπει να τροποποιήσετε αυτόν τον κώδικα. (Δεν θέλαμε να μπούμε σε αυτό το χαμηλού επιπέδου κώδικα για αυτό το έργο, οπότε εκτιμούμε πολύ τη δουλειά του Illutron. Ο συγχρονισμός με το χρονοδιάγραμμα υλικού μπορεί να γίνει αρκετά τριχωτός!)

Βήμα 10: Μελλοντικά σχέδια: Ιδέες και οδηγίες για τροποποιήσεις

Θερμική απόκριση

Εάν θέλετε να μάθετε περισσότερα για τη συμπεριφορά θερμικής απόκρισης των πλεξούδων, μπορείτε να βρείτε μαθηματικά μοντέλα των μαλλιών στο χαρτί μας. Το βασικό είναι ότι η αλλαγή χρώματος και σχήματος θα ενεργοποιηθεί σε διαφορετικούς χρόνους και σε διαφορετικές παραγγελίες με βάση την ποσότητα μονωτικής τρίχας γύρω από το σύρμα και την ποσότητα της παρεχόμενης ισχύος (η οποία αλλάζει το πόσο γρήγορα θερμαίνεται)

Βελτιώσεις κυκλώματος:

• Η μετατόπιση της μονάδας bluetooth προς τα δεξιά μπορεί να σας επιτρέψει να κάνετε το ύψος της στοίβας μικρότερο, καθώς δεν θα τρέξει στην υποδοχή USB Arduino. Υπάρχουν επίσης πίνακες Arduino με ενσωματωμένες μονάδες bluetooth (αλλά οι περισσότερες από αυτές έχουν διαφορετικό τσιπ, οπότε η χρήση τους συνεπάγεται αλλαγές κώδικα).
• Τα ίχνη του συνδέσμου μπαταρίας μπορεί να αλλάξουν ανάλογα με τους τύπους μπαταριών που χρησιμοποιείτε.
• Το αποτύπωμα του διακόπτη είναι γενικό και πιθανότατα θα πρέπει να αντικατασταθεί με το αποτύπωμα αυτού που θέλετε να χρησιμοποιήσετε.
• Μπορεί να θέλετε να μπορείτε να PWM το κύκλωμα κίνησης για να ελέγχετε την ισχύ μέσω της πλεξούδας. Για να το κάνετε αυτό, ο ακροδέκτης σήματος της μονάδας δίσκου πρέπει να αλλάξει σε D3 ή άλλο ακροδέκτη PWM υλικού.
• Αν αντιστρέψετε τα ζεύγη πολυπλέκτη (π.χ. braid1 drive και braid2 touch στο κανάλι 0, και braid2 drive και braid1 αγγίξτε το κανάλι 1, αντί να αγγίξετε και να οδηγήσετε για την ίδια πλεξούδα σε ένα μόνο κανάλι), θα μπορείτε να αισθανθείτε χωρητικό αγγίξτε τη μία πλεξούδα ενώ οδηγείτε την άλλη πλεξούδα, αντί να εμποδίζεστε να κάνετε οποιαδήποτε χωρητική αίσθηση ενώ οδηγείτε οτιδήποτε.

• Ορισμένες τροποποιήσεις ενδέχεται να επιτρέπουν σε μια μπαταρία να ελέγχει τη λογική και τη μονάδα δίσκου. Διάφορες εκτιμήσεις περιλαμβάνουν:

  • Η υψηλή τάση (π.χ. μπαταρία 7,4 LiPo) θα οδηγήσει το Arduino μέσω του κυκλώματος ανίχνευσης χωρητικότητας και της ψηφιακής ακίδας. Αυτό δεν είναι καλό για το Arduino μακροπρόθεσμα. Αυτό μπορεί να διορθωθεί συμπεριλαμβάνοντας ένα άλλο τρανζίστορ μεταξύ του κυκλώματος χωρητικής ανίχνευσης και της τρίχας.
  • Η υπερβολική κατανάλωση ενέργειας από τα μαλλιά μπορεί να μαυρίσει το Arduino. Αυτό μπορεί να διορθωθεί με την ενεργοποίηση του PWM στο σήμα της μονάδας δίσκου.

Βελτιώσεις λογισμικού

Η χωρητική ανίχνευση αφής σάρωσης συχνότητας μπορεί να χρησιμοποιηθεί για τον εντοπισμό πολλών τύπων αγγίξεων, π.χ. ένα ή δύο δάχτυλα, τσίμπημα, στριφογύρισμα … Αυτό απαιτεί ένα πιο περίπλοκο σύστημα ταξινόμησης από το βασικό κατώφλι που επιδεικνύουμε εδώ. Η χωρητικότητα αλλάζει με τη θερμοκρασία. Η βελτίωση του κώδικα ανίχνευσης αφής για να το λάβετε υπόψη θα κάνει την ανίχνευση πιο αξιόπιστη

Φυσικά, αν φτιάξετε μια έκδοση του HairIO, θα θέλαμε πολύ να το ακούσουμε

Βήμα 11: Σημειώσεις ασφαλείας

Το HairIO είναι μια ερευνητική πλατφόρμα και δεν εννοείται ως προϊόν εμπορικής ή καθημερινής χρήσης. Όταν φτιάχνετε και φοράτε το δικό σας HairIO, λάβετε υπόψη τις ακόλουθες σκέψεις:

Θερμότητα

Δεδομένου ότι το HairIO λειτουργεί με θερμική αντίσταση, υπάρχει η πιθανότητα υπερθέρμανσης. Εάν το θερμίστορ αποτύχει ή δεν είναι αρκετά κοντά στην πλεξούδα, μπορεί να μην μπορεί να διαβάσει σωστά τη θερμοκρασία. Εάν δεν συμπεριλάβετε τον κωδικό απενεργοποίησης θερμοκρασίας, ενδέχεται να θερμανθεί περισσότερο από το προβλεπόμενο. Παρόλο που δεν έχουμε αντιμετωπίσει ποτέ εγκαύματα με το HairIO, είναι ένα σημαντικό ζήτημα.

Μπαταρίες

Στο HairIO, χρησιμοποιούμε μπαταρίες LiPo ως πηγές ενέργειας. Τα LiPos είναι εξαιρετικά εργαλεία, αφού είναι επαναφορτιζόμενα και μπορούν να αποδώσουν υψηλό ρεύμα σε μια μικρή συσκευασία. Πρέπει επίσης να αντιμετωπίζονται προσεκτικά. αν δεν φορτιστεί σωστά ή τρυπηθεί, μπορεί να πάρει φωτιά. Παρακαλούμε δείτε αυτές τις αναφορές για να μάθετε περισσότερα σχετικά με τη φροντίδα του LiPos σας: αναλυτικός οδηγός. γρήγορες συμβουλές.

Θερμοχρωμικές χρωστικές

Αυτά που χρησιμοποιούμε είναι μη τοξικά, αλλά μην τα τρώτε. Διαβάστε τους οδηγούς ασφαλείας για οτιδήποτε αγοράσετε.

Βήμα 12: Παραπομπές και σύνδεσμοι

Εδώ συλλέγουμε τις αναφορές και τους συνδέσμους σε αυτό το Instructable για εύκολη πρόσβαση:

HairIO

HairIO: Human Hair as Interactive Material - Αυτή είναι η ακαδημαϊκή εργασία στην οποία παρουσιάστηκε για πρώτη φορά το HairIO.

HairIO Github repo - Εδώ θα βρείτε ένα git repo όλων των σχημάτων και του κώδικα που χρησιμοποιούνται για αυτό το demo, καθώς και μερικά φύλλα δεδομένων για σημαντικά στοιχεία.

Youtube - Δείτε τα μαλλιά σε δράση!

Bill of Materials for HairIO PCB

Χωρητική αφή

Touché: Ενίσχυση της αλληλεπίδρασης αφής σε ανθρώπους, οθόνες, υγρά και αντικείμενα καθημερινής χρήσης

Δοκιμάσιμο για έκδοση Arduino του Touche + Illutron Github repo για κώδικα Arduino

Bluetooth

Μονάδα Bluetooth

Εφαρμογή Bluetooth

Ασφάλεια μπαταρίας LiPo

Πλήρης οδηγός

Γρήγορες συμβουλές

Άλλη τεχνολογία που σχετίζεται με τα μαλλιά

Hairware, Κάτια Βέγκα

Φωτιά, το αόρατο

Οι συγγραφείς

Εργαστήριο Hybrid Ecologies

Κριστίν Ντίρκ

Μόλυ Νικόλα

Σάρα Στέρμαν