Aura - svit ve tmě

Aura – studentský film Izolace

Při domlouvání spolupráce na filmu Izolace, o kterém jsem psal v předchozím příspěvku, také padl dotaz, zda bych uměl vyrobit něco, co by reprezentovalo umělou inteligenci v únikovém modulu. Konkrétně se mělo jednat o světelnou rekvizitu, která by blikala podle hlasového projevu umělé inteligence, jejíž text byl předem nadabovaný. Pochopitelně jsem na to kývl.

Každý nový projekt začíná nápadem, který se dál rozvíjí.

Patrik byl opět připraven a věděl, jak má rekvizita vypadat. Tentokrát měla být inspirací trojúhelníková světla Nanoleaf. Kreativní část tedy nebyla až tak náročná.

Před realizací nápadu je nezbytný design výsledného produktu.

Vzhledem k jasné předloze nebylo těžké vymyslet design rekvizity. Hned při zadání a prohlédnutí předlohy mě napadlo pro světelnou plochu použít pryskyřici. Bylo tedy vcelku jasné, že hlavní konstrukce bude vytištěna na 3D tiskárně a světelná plocha potom pryskyřicí vylita. Jediné úskalí bylo vymyslet usazení LED, které budou hlavní plochu nasvěcovat. Zespodu jsem pak udělal malé kanálky pro vedení kabeláže.

Pro realizaci projektu je třeba naplánovat technologie výroby nového produktu.

Nakonec jsem se rozhodl světlo vytisknout v jednom kuse, přičemž otvory pro LED jsem před odléváním pryskyřice přepažil kousky plexiskla, za které jsem následně LED umístil. Celý výtisk jsem měl v plánu obrousit, aby byl povrch hladký a přestříkat bílou akrylovou barvou ve spreji. Jako vhodnější řešení se později ukázalo povrch nabarvit bílou malířskou akrylovou barvou. Aby pryskyřice nebyla čirá a světlo se rozptýlilo, použil jsem pro její "zmléčnění" bílou barvu na alkoholové bázi.

Finální fází projektu je jeho fyzická realizace.

Mechanické díly

Výšku vrstvy tisku jsem nastavil na 0,2 mm při průměru trysky 0,4 mm. Použit byl bílý PET-G.

Aura - tisk
Aura - vylití pryskyřicí

Elektronika

Světelný zdroj

Na rozdíl od tabletu nebylo nutné veškerou elektroniku schovat do těla rekvizity, protože bylo možné vyvést kabely mimo únikový modul a tam blikání světla řídit. Stejně jako u tabletu jsem se rozhodl LED umístit na kousek mosazného plíšku. Jako zdroj světla jsem použil červené SMD LED o velikosti 2835 s napájecím napětím 1,8-2,5 V a proudem 60 mA. Na půlku mosazného plíšku, jsem nalepil dvě vrstvy kaptonové folie, na které je nalepena měděná páska. Mosazný plíšek tak tvoří jeden napájecí pól, měděná folie druhý. Všechny LED jsou tedy zapojeny paralelně.

Testovací zapojení řídicí elektroniky

Teď přišla na řadu ta zábavnější část. Ne že by ta první nebyla zábavná, ale u ní jsem tak nějak věděl co dělám. Při vymýšlení řídicí elektroniky jsme musel zalovit v paměti až do dob střední školy a pro jistotu také trochu googlit... Samozřejmě než jsem došel k finálnímu zapojení, funkci jsem si ověřil na nepájivém kontaktním poli.

Aura - testovací zapojení

Řídicí elektronika

Z pokusného zapojení po několika úpravách nakonec vzniklo následující schéma a DPS:

Celá řídicí elektronika je napájená 5 V přes micro USB konektor. Vstupní zvukový signál je oddělen klasickým invertujícím zapojením operačního zesilovače s velkým zesílením. Následně je přiveden přes napěťový dělič, který určuje míru odezvy na zvukový signál, na tranzistor T2. Na jeho bázi je opět napěťový dělič, který tentokrát určuje jeho předpětí, aby bylo možné nastavit i bez přivedeného zvukového signálu slabý svit LED. Z T2 je signál přiveden na výkonový tranzistor T1, která se stará o blikání LED. Na výstupu je do série k LED zapojen ochranný rezistor a paralelně k LED ještě elektrolytický kondenzátor, který zajišťuje pozvolné rozsvěcení a zhasínání LED v rytmu zvukové stopy.

Pouzdro elektroniky

Jelikož jsem rekvizitu nedělal pro sebe a nebylo v plánu, že bych byl při natáčení "na place", chtěl jsem vše udělat jednoduché na zapojení ke zvukové aparatuře. Pro DPS jsem navrhl pouzdro s konektorem pro napájení, výstup na LED, zvukový vstup a výstup.

Aura - model pouzdra elektroniky
Aura - pouzdro elektroniky
Tablet detail CASIS

Sci-fi tablet – studentský film Izolace

Při natáčení The Blaster II z produkce Founder movies jsme měli ve štábu mimo jiné mladé filmaře a studenty tohoto řemesla, kteří nám s natáčením pomáhali. Když se na mě pak Patrik Polák, který při natáčení kameru nepustil z ruky, obrátil s dotazem, zda bych dokázal vyrobit "vesmírný tablet" pro jeho film Izolace, nebylo nad čím přemýšlet.

Každý nový projekt začíná nápadem, který se dál rozvíjí.

Patrik měl docela jasnou představu, co potřebuje. Poslal mi několik obrázků jako inspiraci a na mě pak bylo vytvořit vlastní originální návrh. Hned z kraje jsme vzhledem k rozpočtu a času na výrobu zamítli, aby tablet zobrazoval požadovanou grafiku. Ne že by to nebylo možné, ale bylo by to časově i finančně náročnější. Nakonec jsme se domluvili na tom, že tablet bude svítit a grafický obsah bude doplněn v postprodukci.

Před realizací nápadu je nezbytný design výsledného produktu.

Rozměry tabletu

Prvně bylo třeba určit si rozměr tabletu. Chtěl jsem, aby byl rám tisknutelný v jednom kuse na mojí tiskárně LUFREE 3D printer, tedy maximální rozměr byl cca 300 mm, což je pro tablet ideální. Konečný rozměr je 280*186 mm. Umístění elektroniky jsem vyřešil pomocí rozšíření pravé strany rámu a zkosení rámu, což koresponduje se "sci-fi vizuálem" celého filmu.

Mechanické uspořádání

Uprostřed rámu je plexisklo o tloušťce 4 mm, které je z boků nasvíceno. "Zobrazovací plocha" tabletu je doplněna o prvky v jiném odstínu, součástí jednoho z nich je také název projektu "CASIS". Tento nápis a mřížku jsem se rozhodl vyplnit modrou pryskyřicí. Rám je složen ze dvou částí spojených šroubky, mezi nimi se nachází veškerá elektronika a LED podsvícení.

Vzhledem k napájení z baterie a snaze o co nejmenší tloušťku tabletu bylo jasné, že pro podsvícení nebude možné použít standardní LED pásky. Proto jsem se rozhodl vyrobit vlastní, o kterých napíšu později. Díky tomu ale bylo možné prostor pro elektroniku a podsvícení udělat opravdu nízký. Tablet má výšku pouze 18 mm.

Pro realizaci projektu je třeba naplánovat technologie výroby nového produktu.

Tělo tabletu

Rám tabletu a doplňkové prvky displeje jsou vyrobeny pomocí 3D tisku. Díky PEI tiskové podložce s texturou nebyly nutné výrazné povrchové úpravy, pouze strany jsem zabrousil brusným papírem, aby nebyly patrné jednotlivé vrstvy tisku. Celý povrch jsem pak sjednotil nástřikem černé akrylové barvy. Otvory v rámu a text "CASIS" jsem vyplnil dvousložkovou pryskyřicí obarvenou modrou barvou na alkoholové bázi. Displej je tvořen plexisklem.

Finální fází projektu je jeho fyzická realizace.

Mechanické díly

Výšku vrstvy tisku jsem nastavil na 0,2 mm při průměru trysky 0,4 mm. Použit byl černý a šedý PET-G.

Elektronika

Jak jsem výše napsal, vzhledem k napájení z baterie a požadavku na co možná nejtenčí tělo tabletu jsem nemohl použít standardní LED pásky. Napájení je realizované Li-ion baterií, kterou je možné dobíjet pomocí nabíjecího modulu přes micro USB konektor. Pro výrobu LED pásku jsem použil bíle SMD LED o velikosti 0805 s napájecím napětím 2,6-3,4 V a proudem 5 mA. Pásek tvoří proužek mosazného plíšku, přes jehož polovinu jsou nalepeny dvě vrstvy kaptonové folie, na které je nalepena měděná páska. Mosazný plíšek tak tvoří jeden napájecí pól, měděná folie druhý. Všechny LED jsou tedy zapojeny paralelně. Pro ošetření vybíjení baterie a větší efektivitu jsem nepoužil předřadné rezistory, ale step-down modul, kterým jsem pro LED pásek nastavil požadovaný proud. Díky tomu nedochází při postupném vybíjení baterie k pohasínání LED a také při plně nabité baterii nehrozí jejich poškození. Spínání podsvícení zajišťuje tlačítkový spínač s aretací.

Měřič CO2

Měřič CO2

V poslední době se rozmohl trend kontroly kvality ovzduší v prostředí nejen kanceláří, ale i domácností. Jedním z ukazatelů kvality ovzduší je koncentrace CO2. Vyrobit si zařízení, které by nám CO2 měřilo, přitom není nijak složité a náklady na jeho výrobu mohou být zlomkové oproti profesionálním produktům. Samozřejmě musíme počítat s určitou nepřesností při použití čínských senzorů bez laboratorní kalibrace, nicméně pro orientační měření bohatě postačí.

Koncentrace CO2 a jeho vliv na lidský organismus

  • 350-400 ppm - koncentrace venkovního prostředí,
  • do 1000 ppm - doporučená koncentrace CO2 ve vnitřních prostorách,
  • 1200-1500 ppm - maximální doporučená koncentrace CO2 ve vnitřních prostorách,
  • 1000-2000 ppm - příznaky únavy a snižování koncentrace,
  • 2000-5000 ppm - možné bolesti hlavy,
  • 5000 ppm - maximální bezpečná koncentrace bez zdravotních rizik,
  • nad 5000 ppm - nevolnost a zvýšený tep,
  • nad 15 000 ppm - dýchací potíže,
  • nad 40 000 ppm - možná ztráta vědomí.

Technické řešení

Jako senzor jsem zvolil velice oblíbený MH-Z19B s rozsahem 400-5000 ppm. Senzor obsahuje také PWM výstup a komunikuje po sériové lince. Práce s ním je velice snadná, protože pro Arduino existuje ověřená knihovna. K zobrazování naměřené hodnoty slouží 0,96" OLED displej a v zařízení se nachází také piezo pro signalizaci překročení přednastavených hodnot. Upozornění je záměrně dost nepříjemné, proto je zde i "touchítko" pro umlčení signalizace. Celé zařízení řídí Arduino Pro Mini.

Deska plošných spojů

Aby bylo zařízení co nejmenší, nachází se všechny komponenty z obou stran desky plošných spojů.

Krabička

Flexibilní tisková podložka s texturovaným PEI povrchem vytváří velice pěkný povrch první vrstvy výtisku, proto jsem se rozhodl vyzkoušet něco nového. Krabičku jsem navrhoval tak, aby ji bylo možné vytisknout "rozloženou" jako jsou například kartonové krabice před složením. Díky tomu všechny strany krabičky mají texturu danou PEI povrchem tiskové podložky a nejsou zde viditelné žádné vrstvy tisku.

Princip tisku krabičky

Výška tisku byla nastavena na 0,2 mm. Nejprve se vytisknou jednotlivé stěny ve vzdálenosti 0,4 mm od sebe a to ve dvou vrstvách (tedy výška 0,4 mm). Poté jedna souvislá vrstva (výška 0,2 mm), která všechny díly spojí k sobě a nad touto vrstvou již pokračuje tisk zbylých vrstev jednotlivých stran krabičky s hranou skosenou na 45°. Kvůli toleranci tiskárny jsou tyto pokračující vrstvy v základně vzdáleny 0,2 mm od sebe.

Model krabičky pro CO2
Model krabičky pro CO2 detail

Na vnitřní straně krabičky se nachází také drážky pro nasutí desky elektroniky a sloupky pro sešroubování krabičky dohromady. "Touchítko" bez problémů reaguje i přes 2mm stěnu krabičky. Na zadní a jedné boční straně se nachází průduchy pro volné proudění vzduchu.