HairIO: Hair As Interactive Material: 12 ขั้นตอน (พร้อมรูปภาพ)

2024 ผู้เขียน: John Day | [email protected]. แก้ไขล่าสุด: 2024-01-30 13:07

HairIO: เส้นผมของมนุษย์เป็นวัสดุแบบโต้ตอบ

ผมเป็นวัสดุที่มีเอกลักษณ์เฉพาะและมีการสำรวจเพียงเล็กน้อยสำหรับเทคโนโลยีที่สวมใส่ได้แบบใหม่ ประวัติศาสตร์อันยาวนานของการแสดงออกทางวัฒนธรรมและปัจเจกบุคคลทำให้เป็นสถานที่เกิดผลสำหรับการปฏิสัมพันธ์ที่แปลกใหม่ ในคำแนะนำนี้ เราจะแสดงให้คุณเห็นถึงวิธีการต่อผมแบบโต้ตอบที่เปลี่ยนรูปร่างและสี สัมผัสความรู้สึก และสื่อสารผ่านบลูทูธ เราจะใช้วงจรแบบกำหนดเอง, Arduino Nano, บอร์ดบลูทูธ Adafruit, โลหะผสมหน่วยความจำรูปร่าง และสีเทอร์โมโครมิก

คำแนะนำนี้สร้างขึ้นโดย Sarah Sterman, Molly Nicholas และ Christine Dierk ซึ่งบันทึกงานที่ทำใน Hybrid Ecologies Lab ที่ UC Berkeley กับ Eric Paulos การวิเคราะห์เทคโนโลยีนี้และการศึกษาฉบับเต็มสามารถพบได้ในบทความของเราซึ่งนำเสนอที่ TEI 2018 ในคำแนะนำนี้ คุณจะพบเอกสารฮาร์ดแวร์ ซอฟต์แวร์ และอิเล็กทรอนิกส์ที่ครอบคลุม รวมถึงข้อมูลเกี่ยวกับการตัดสินใจออกแบบที่เราทำและอุปสรรคที่เราเผชิญ.

เราจะเริ่มต้นด้วยภาพรวมระบบโดยย่อและตัวอย่างวิธีการใช้ HairIO ต่อไปเราจะพูดถึงอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ที่เกี่ยวข้อง จากนั้นย้ายไปที่ฮาร์ดแวร์และสร้างการต่อผม ส่วนสุดท้ายจะครอบคลุมโค้ดและเคล็ดลับในการแก้ไข

ลิงค์ไปยังแหล่งข้อมูลเฉพาะจะมีให้ในแต่ละส่วนและจะถูกรวบรวมในตอนท้าย

มีความสุขในการทำ!

ขั้นตอนที่ 1: มันทำงานอย่างไร

ภาพรวม

ระบบ HairIO ทำงานโดยใช้หลักการพื้นฐานสองประการ: การสัมผัสแบบคาปาซิทีฟและการให้ความร้อนแบบต้านทานไฟฟ้า โดยการสัมผัสเราสามารถทำให้การต่อผมตอบสนองต่อการสัมผัส และโดยการให้ความร้อนส่วนขยาย เราสามารถทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงของสีด้วยสีเทอร์โมโครมิก และการเปลี่ยนแปลงรูปร่างด้วยโลหะผสมหน่วยความจำรูปร่าง ชิปบลูทูธช่วยให้อุปกรณ์ต่างๆ เช่น โทรศัพท์และแล็ปท็อปสามารถสื่อสารกับเส้นผมได้เช่นกัน ไม่ว่าจะทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงรูปร่างหรือสี หรือเพื่อรับสัญญาณเมื่อสัมผัสได้ถึงเส้นผม

ตัวอย่างการโต้ตอบและการใช้งาน

HairIO เป็นแพลตฟอร์มการวิจัย ซึ่งหมายความว่าเราอยากเห็นว่าคุณทำอะไรกับมัน! การโต้ตอบบางอย่างที่เราออกแบบได้แสดงให้เห็นในวิดีโอด้านบน หรือในวิดีโอทั้งหมดของเราบน Youtube

เปียที่เปลี่ยนรูปร่างอาจแจ้งเตือนผู้สวมใส่ถึงข้อความโดยการจกเบาๆ ที่หูของผู้สวมใส่ขณะเคลื่อนไหว

หรือบางทีอาจบอกทิศทางของผู้สวมใส่ โดยเคลื่อนเข้าสู่ช่องมองภาพเพื่อระบุทิศทางที่จะเลี้ยว

ผมสามารถเปลี่ยนแปลงได้อย่างมากสำหรับสไตล์หรือการแสดง รูปแบบสามารถปรับเปลี่ยนได้ตลอดทั้งวัน หรืออัปเดตสำหรับเหตุการณ์เฉพาะ

ผมยังสามารถเปิดใช้งานปฏิสัมพันธ์ทางสังคม ลองนึกภาพการถักเปียผมเสริมของเพื่อน แล้วสามารถเปลี่ยนสีผมของเพื่อนได้ด้วยการแตะเปียของคุณเองจากที่ไกลๆ

ส่วนประกอบ

การตรวจจับ ตรรกะ และการควบคุมทั้งหมดได้รับการจัดการโดยวงจรแบบกำหนดเองและ Arduino Nano ที่สวมอยู่บนศีรษะ วงจรนี้มีส่วนประกอบหลักสองส่วน: วงจรสัมผัสแบบ capacitive และวงจรไดรฟ์สำหรับเปลี่ยนกำลังเป็นเปีย การต่อผมเชิงพาณิชย์ถักด้วยลวดนิทินอล ซึ่งเป็นโลหะผสมของหน่วยความจำรูปทรง เส้นลวดนี้จะคงรูปไว้หนึ่งรูปเมื่อเย็น และจะเปลี่ยนเป็นรูปที่สองเมื่อถูกความร้อน เราสามารถฝึกรูปทรงที่สองให้เป็นเส้นลวดได้เกือบทุกรูปแบบ (อธิบายในภายหลังในคำแนะนำนี้) แบตเตอรี่ LiPo สองก้อนจ่ายไฟให้กับวงจรควบคุมที่ 5V และผมที่ 3.7V

ขั้นตอนที่ 2: อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์

การควบคุมและการสัมผัสแบบ Capacitive

วงจรสัมผัสแบบ capacitive ได้รับการดัดแปลงจากโปรเจ็กต์ Touché ของดิสนีย์ ผ่านคำแนะนำที่ยอดเยี่ยมนี้เกี่ยวกับการจำลอง Touche บน Arduino การตั้งค่านี้รองรับการตรวจจับการสัมผัสแบบ capacitive แบบความถี่กวาด และช่วยให้สามารถจดจำท่าทางสัมผัสที่ซับซ้อนกว่าการสัมผัสแบบธรรมดา/ไม่มีการแตะ หมายเหตุประการหนึ่งที่นี่คือวงจรสัมผัสแบบ capacitive และรหัสจะถือว่าชิป Arduino โดยเฉพาะ Atmega328P หากคุณเลือกใช้ชิปไมโครคอนโทรลเลอร์สำรอง คุณอาจต้องออกแบบโค้ดใหม่ หรือค้นหากลไกการตรวจจับแบบอื่น

วงจรควบคุมใช้ Arduino Nano สำหรับตรรกะ และมัลติเพล็กเซอร์แบบแอนะล็อกเพื่อให้สามารถควบคุมสายถักหลายเส้นตามลำดับจากวงจรและแบตเตอรี่เดียวกัน สัมผัสแบบ Capacitive เกือบจะพร้อมกันโดยการสลับอย่างรวดเร็วระหว่างช่องสัญญาณ การทำงานของสายถักถูกจำกัดด้วยกำลังที่มีอยู่ การรวมแบตเตอรี่ที่ทรงพลังกว่าหรือแบตเตอรี่เพิ่มเติมสามารถเปิดใช้งานการสั่งงานพร้อมกันได้ อย่างไรก็ตาม ที่นี่เราจำกัดให้ทำงานตามลำดับเพื่อความเรียบง่าย แผนผังวงจรที่ให้มาสามารถควบคุมสายถักสองเส้นได้ (แต่มัลติเพล็กเซอร์ในวงจรสามารถรองรับได้ถึงสี่เส้น!)

สำหรับวงจรเวอร์ชันที่ง่ายที่สุด ให้ปล่อยมัลติเพล็กเซอร์ออก และควบคุมการถักเปียเดี่ยวจาก Arduino โดยตรง

วงจรขับและเทอร์มิสเตอร์

เราดำเนินการสัมผัสแบบ capacitive บนเส้นลวดเดียวกันกับการกระตุ้น (นิทินอล) ซึ่งหมายความว่ามีสายไฟ/ความซับซ้อนน้อยลงในการถักเปียและมีมากขึ้นในวงจร

วงจรไดรฟ์ประกอบด้วยชุดทรานซิสเตอร์แบบแยกสองขั้ว (BJT) เพื่อเปิดและปิดการกระตุ้นเส้นผม สิ่งสำคัญคือต้องเป็นทรานซิสเตอร์สองขั้วทางแยก แทนที่จะเป็น MOSFET ทั่วไป (และโดยทั่วไปดีกว่า) เนื่องจาก BJT ขาดความจุภายใน ความจุภายในของ MOSFET จะครอบงำวงจรการตรวจจับแบบสัมผัส

เราต้องสลับทั้งกราวด์และกำลัง มากกว่าแค่กำลัง อีกครั้งเพื่อการตรวจจับการสัมผัสแบบคาปาซิทีฟ เนื่องจากไม่มีสัญญาณคาปาซิทีฟจากอิเล็กโทรดที่ต่อลงดิน

การออกแบบทางเลือกที่ใช้แหล่งที่มาแยกต่างหากสำหรับการสัมผัสและไดรฟ์แบบ capacitive สามารถทำให้วงจรนี้ง่ายขึ้นอย่างมาก อย่างไรก็ตาม ทำให้การออกแบบทางกลไกมีความซับซ้อนมากขึ้น หากการตรวจจับแบบ capacitive แยกออกจากพลังงานสำหรับไดรฟ์ เราสามารถหลีกเลี่ยงได้ด้วยสวิตช์จ่ายไฟเพียงตัวเดียว และอาจเป็น FET หรืออย่างอื่นก็ได้ วิธีแก้ปัญหาดังกล่าวอาจรวมถึงการทำให้เส้นผมเป็นโลหะ เช่นเดียวกับในผลิตภัณฑ์แฮร์แวร์ของ Katia Vega

ชิปบลูทูธ

ชิปบลูทูธที่เราใช้คือ Bluefruit Friend จาก Adafruit โมดูลนี้มีอยู่ในตัวเอง และจำเป็นต้องต่อเข้ากับ Arduino เท่านั้น ซึ่งจะจัดการกับตรรกะในการสื่อสาร

การเลือกแบตเตอรี่

สำหรับแบตเตอรี่ คุณต้องการแบตเตอรี่แบบชาร์จซ้ำได้ที่สามารถให้แรงดันไฟฟ้าเพียงพอสำหรับจ่ายไฟให้กับ Arduino และกระแสไฟเพียงพอที่จะขับเคลื่อนนิทินอล สิ่งเหล่านี้ไม่จำเป็นต้องเป็นแบตเตอรี่เดียวกัน อันที่จริง เพื่อหลีกเลี่ยงไม่ให้ Arduino เสื่อมสภาพ เราจึงสร้างต้นแบบเริ่มต้นทั้งหมดของเราด้วยแบตเตอรี่สองก้อน: อันหนึ่งสำหรับควบคุม และอีกอันสำหรับไดรฟ์

Arduino Nano ต้องการอย่างน้อย 5V และนิทินอลดึงสูงสุดประมาณ 2 แอมป์

เราเลือกแบตเตอรี่ 3.7 V จาก ValueHobby เพื่อขับเคลื่อนเส้นผม และแบตเตอรี่ 7.4V จาก ValueHobby เพื่อขับเคลื่อน Arduino พยายามอย่าใช้แบตเตอรี่ 9V ปกติ พวกเขาจะระบายน้ำต่ำกว่าประโยชน์ภายใน 15 นาทีและทำให้เกิดของเสียจำนวนมาก (เรารู้ เพราะเราพยายาม…)

รายละเอียดเบ็ดเตล็ด

การตรวจสอบแบตเตอรี่: ตัวต้านทาน 4.7k Ohm ระหว่างสายไฟของแบตเตอรี่ของไดรฟ์และพินแบบอะนาล็อกช่วยให้เราตรวจสอบการชาร์จแบตเตอรี่ของไดรฟ์ได้ คุณต้องใช้ตัวต้านทานนี้เพื่อป้องกันไม่ให้แบตเตอรี่เปิด Arduino ผ่านพินแบบอะนาล็อก (ซึ่งอาจไม่ดี: คุณไม่ต้องการทำเช่นนี้) สามารถตรวจสอบแบตเตอรี่ Arduino ได้โดยใช้เพียงโค้ด - ดูส่วนซอฟต์แวร์สำหรับการสาธิตโค้ดนี้

จัมเปอร์: มีพื้นที่สำหรับจัมเปอร์ระหว่างขั้วต่อแบตเตอรี่สองตัว หากคุณต้องการใช้แบตเตอรี่ก้อนเดียวเพื่อจ่ายไฟให้กับทุกสิ่ง สิ่งนี้มีความเสี่ยงที่จะทำให้ Arduino กลายเป็นสีน้ำตาล แต่ด้วยการเลือกแบตเตอรี่ที่เหมาะสมและ PWM ที่ใช้ซอฟต์แวร์บางตัวของไดรฟ์ก็ควรใช้งานได้ (ทั้งๆ ที่ยังไม่ได้ลอง) (ถ้าลองแล้วได้ผลยังไงบอกด้วยนะ!)

ขั้นตอนที่ 3: การประกอบอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์

การประกอบวงจรเข้าด้วยกัน

เราออกแบบวงจรโดยเดิมเป็นสองส่วน โดยเชื่อมต่อไดรฟ์และวงจรควบคุมด้วยสายเคเบิลแบบยืดหยุ่น ในเวอร์ชัน PCB แบบรวมของเรา วงจรจะถูกรวมเป็นบอร์ดเดียว รูปแบบเดิมช่วยให้การจัดวางสายถักเปียบนศีรษะมีความยืดหยุ่นมากขึ้น แต่รูปแบบที่สองนั้นประกอบได้ง่ายกว่ามาก คุณสามารถค้นหาไฟล์แผนผังและเลย์เอาต์ของบอร์ดได้ใน repo Github ของเรา มีสองวิธีในการสร้างวงจร: 1) สร้างเวอร์ชันบอร์ดที่สมบูรณ์แบบด้วยมือโดยใช้ส่วนประกอบรูทะลุตามแผนผัง หรือ 2) สร้าง PCB จากไฟล์บอร์ดที่เราให้ไว้ (ลิงก์ด้านบน) และประกอบด้วยส่วนประกอบยึดพื้นผิว.

ส่วนประกอบ

รายการวัสดุสำหรับรุ่น PCB + braids อยู่ที่นี่

เรากัด PCB ทดสอบด้วยตัวเองบน Othermill จากนั้นจึงสั่ง PCB ขั้นสุดท้ายจากวงจร Bay Area ที่ยอดเยี่ยม การผลิตบอร์ดทั้งในบ้านและแบบมืออาชีพจะทำงานได้ดี แม้ว่าการชุบด้วยมือหรือการบัดกรีจุดอ่อนทั้งหมดจะเป็นความเจ็บปวด

เคล็ดลับ

• เราใช้การวางแบบบัดกรีและเตาอบรีโฟลว์หรือจานร้อนสำหรับส่วนประกอบยึดพื้นผิว จากนั้นจึงบัดกรีส่วนประกอบรูทะลุหลังจากนั้นด้วยมือ
• เราขอแนะนำรุ่น breadboard/perf board สำหรับการสร้างต้นแบบอย่างรวดเร็ว และ PCB เพื่อความน่าเชื่อถือ
• เราใช้ส่วนหัวของตัวเมียแบบสั้นเพื่อยึดนาโนบน PCB เพื่อให้สามารถถอดออกได้ หัวต่อตัวเมียแบบยาวสามารถบัดกรีแบบไม่ค่อยเข้ากับบอร์ดเพื่อยกชิปบลูทูธให้สูงพอที่จะวางซ้อนเหนือ Arduino (คุณจะต้องเพิ่มเทป Kapton เพื่อป้องกันการลัดวงจรโดยไม่ได้ตั้งใจ)
• ชิปบลูทู ธ จำเป็นต้องบัดกรีที่ส่วนหัวของตัวผู้โดยกลับหัวกลับหางเพื่อให้ตรงกับพินที่สั่งซื้อในรูปแบบ PCB (แน่นอน คุณสามารถแก้ไขเลย์เอาต์นี้ได้) ทำไมเราถึงทำอย่างนั้น? เพราะมันทำให้พินเข้ากันได้ดีกับเลย์เอาต์ Arduino

ขั้นตอนที่ 4: ภาพรวมฮาร์ดแวร์ผม

HairIO เป็นการต่อผมที่ถักด้วยลวดยาวสองเส้น ต่อเข้ากับคอนเนคเตอร์และเทอร์มิสเตอร์สำหรับควบคุมอุณหภูมิ สามารถชอล์กด้วยสีเทอร์โมโครมิกหลังจากประกอบครบชุด การถักเปีย HairIO นั้นประกอบด้วยหลายขั้นตอน:

1) ฝึกโลหะผสมหน่วยความจำรูปร่างให้เป็นรูปร่างที่ต้องการ

2) ประกอบลวดภายในโดยการจีบและบัดกรีความยาวของโลหะผสมหน่วยความจำรูปร่างกับลวดทองแดงหุ้มฉนวน

3) จีบและหุ้มฉนวนเทอร์มิสเตอร์

4) ต่อสายไฟและเทอร์มิสเตอร์เข้ากับขั้วต่อ

5) ถักเปียผมรอบเส้นลวด

6) ชอล์กผม

เราจะพูดถึงแต่ละขั้นตอนโดยละเอียดในหัวข้อต่อไปนี้

ขั้นตอนที่ 5: การประกอบสายผม

ขั้นตอนแรกเกี่ยวข้องกับการประกอบสายไฟภายในที่ให้การเปลี่ยนแปลงรูปร่างและการให้ความร้อนแบบต้านทาน นี่คือที่ที่คุณกำหนดความยาวของเปีย รูปร่างที่ต้องการเมื่อถูกทำให้ร้อน และประเภทของตัวเชื่อมต่อที่คุณจะใช้ หากผมเปียทั้งหมดมีประเภทคอนเนคเตอร์ทั่วไป พวกมันสามารถเปลี่ยนได้อย่างง่ายดายบนแผงวงจรเดียวกันสำหรับรูปทรงและสีต่างๆ รวมถึงประเภทและความยาวของผม

หากคุณไม่ต้องการเปลี่ยนรูปร่างในการถักเปียแบบใดแบบหนึ่ง สามารถเปลี่ยนโลหะผสมหน่วยความจำรูปร่างด้วยความยาวของลวดปกติได้ หากคุณต้องการรองรับการสัมผัสแบบ capacitive ลวดสำรองไม่ควรหุ้มฉนวนเพื่อให้ได้ผลดีที่สุด

การฝึกโลหะผสมหน่วยความจำรูปร่าง

โลหะผสมหน่วยความจำรูปร่างที่เราใช้ที่นี่คือนิทินอล โลหะผสมนิกเกิล-ไททาเนียม เมื่อเย็นตัวจะคงรูปเดียว แต่เมื่อถูกความร้อนจะกลับคืนสู่สภาพที่เรียกว่า "ผ่านการฝึก" ดังนั้นหากเราต้องการเปียที่ม้วนงอได้เมื่อถูกความร้อน มันอาจจะตรงเมื่อเย็น แต่ควรฝึกให้เป็นลอน คุณสามารถสร้างรูปร่างได้เกือบทุกรูปร่างตามต้องการ แม้ว่าความสามารถของเส้นลวดในการยกน้ำหนักจะถูกจำกัดด้วยเส้นผ่านศูนย์กลาง

ตัดนิทินอลให้ได้ความยาวที่ต้องการของเปีย เหลือไว้อีกเล็กน้อยสำหรับส่วนโค้งระหว่างการถักเปีย และสำหรับการเชื่อมต่อที่ด้านบนและด้านล่าง

ในการฝึกนิทินอลให้ดูคำแนะนำที่ยอดเยี่ยมนี้

ประเภทถักเปียที่เราได้ทำการทดลอง ได้แก่ การดัดผม การดัดแบบมุมฉาก เพื่อให้ผมตั้งตรง และไม่ฝึกนิทินอลเลย นี้อาจฟังดูเกียจคร้าน แต่จะช่วยให้ผมตรงจากรูปทรงใดๆ เมื่อถูกกระตุ้น ลวดจะยึดรูปทรงที่คุณโค้งงอได้เมื่อเย็น เช่น ลวดเชื่อม ม้วนเป็นลอน แล้วยืดออกจากรูปทรงนั้นเมื่อถูกความร้อน สุดเจ๋งและง่ายกว่ามาก!

การประกอบสายไฟ

นิทินอลไม่มีฉนวน และวิ่งไปในทิศทางเดียวเท่านั้น ในการสร้างวงจรที่สมบูรณ์ เราต้องการลวดหุ้มฉนวนเส้นที่สองที่ด้านล่างและกลับไปที่ขั้วต่อด้านบน (ลวดที่ไม่มีฉนวนจะทำให้เกิดไฟฟ้าลัดวงจรเมื่อสัมผัสกับนิทินอล และป้องกันไม่ให้เกิดความร้อนขึ้น)

ตัดลวดทองแดงหุ้มฉนวนให้มีความยาวเท่ากับนิทินอล เราใช้ลวดแม่เหล็ก 30 AWG ถอดฉนวนที่ปลายทั้งสองออก สำหรับลวดแม่เหล็ก สารเคลือบสามารถลอกออกได้โดยการเผาลวดเบา ๆ ด้วยเปลวไฟจนฉนวนไหม้เกรียมและสามารถเช็ดออกได้ (ใช้เวลาประมาณ 15 วินาทีโดยใช้ไฟแช็ก) โปรดทราบว่าสิ่งนี้ทำให้ลวดเปราะบางเล็กน้อยในบริเวณที่ถูกไฟไหม้

เรื่องน่ารู้เกี่ยวกับนิทินอล: น่าเสียดาย ที่บัดกรีไม่ชอบที่จะยึดติดกับนิทินอล (มันเจ็บปวดมาก) ทางออกที่ดีที่สุดคือการใช้จีบเพื่อสร้างการเชื่อมต่อทางกลกับนิทินอล จากนั้นจึงเพิ่มบัดกรีเพื่อให้แน่ใจว่ามีการเชื่อมต่อทางไฟฟ้า

จับปลายนิทินอลและลวดทองแดงที่ไม่มีฉนวนหุ้มใหม่เข้าด้วยกัน แล้วสอดเข้าไปในจีบ มัดเข้าด้วยกันอย่างแน่นหนา หากต้องการความแรงในการเชื่อมต่อเพิ่มเติม ให้เพิ่มบัดกรีเล็กน้อย ปิดจีบและส่วนปลายของลวดที่เหลือด้วยการหดตัวด้วยความร้อน เพื่อไม่ให้ผู้สวมใส่ของคุณแหย่ด้วยปลายแหลม ไม่สำคัญว่าคุณจะใช้การย้ำแบบใดที่ด้านล่าง เนื่องจากเป็นการเชื่อมต่อทางกลระหว่างสายไฟทั้งสองเท่านั้น

ในอีกด้านหนึ่ง เราจะเพิ่มการจีบที่ปลายลวดแต่ละเส้น ที่นี่ประเภทของจีบมีความสำคัญ คุณต้องใช้การจีบแบบผสมพันธุ์กับขั้วต่อของคุณ ปลายสายไฟเหล่านี้จะต่อเข้ากับขั้วต่อเพื่อเชื่อมต่อกับแผงวงจร

การถักเปียแบบยืนขึ้น:

ผมเปียอาจดูบอบบางหรือน่าทึ่งมาก หากคุณต้องการเอฟเฟกต์ที่น่าทึ่ง เช่น รูปภาพผ้าโพกศีรษะด้านบน หรือในวิดีโอสถานการณ์การแสดงก่อนหน้านี้ จำเป็นต้องมีขั้นตอนเพิ่มเติมหนึ่งขั้นตอน เปียชอบที่จะบิดมากกว่าที่จะยกขึ้นดังนั้นพวกเขาจะต้องถูกค้ำยันเพื่อให้อยู่ในทิศทางที่ถูกต้อง วงเล็บปีกกาของเรามีรูปร่างเหมือนตัว Z ที่ยืดออก (ดูภาพ) เราจีบนิทินอล จากนั้นบัดกรีเหล็กค้ำยันกับจีบ และสุดท้ายก็คลุมทั้งหมดด้วยเทปความร้อนและเทปพันสายไฟ

การเตรียมเทอร์มิสเตอร์

เทอร์มิสเตอร์เป็นตัวต้านทานที่ไวต่อความร้อนซึ่งช่วยให้เราสามารถวัดอุณหภูมิของเกลียวได้ เราใช้สิ่งนี้เพื่อให้แน่ใจว่าถักเปียไม่ร้อนเกินไปสำหรับผู้ใช้ที่จะสวมใส่ เราจะเพิ่มเทอร์มิสเตอร์เข้ากับขั้วต่อเดียวกันกับที่จะต่อสายถัก

ขั้นแรก เลื่อนความร้อนหดลงบนขาของเทอร์มิสเตอร์ และใช้ปืนความร้อนเพื่อลดขนาดลง สิ่งนี้จะหุ้มฉนวนที่ขา เพื่อป้องกันไม่ให้เทอร์มิสเตอร์ลัดวงจรไปยังนิทินอลที่ไม่มีฉนวน ทิ้งลวดไว้เล็กน้อยที่ปลายเพื่อจีบ ย้ำอีกครั้ง คีมย้ำเหล่านี้ต้องเหมาะสมกับขั้วต่อของคุณ

จีบปลายเทอร์มิสเตอร์ ถ้าเป็นไปได้ ให้ความร้อนเล็กน้อยหดตัวลงในฟันซี่แรกของการจีบเพื่อบรรเทาความเครียด แต่อย่าใส่จนสุดเกินไป เนื่องจากสายไฟยังคงต้องต่อเพื่อให้มีการเชื่อมต่อทางไฟฟ้าที่ดี

ตอนนี้เทอร์มิสเตอร์พร้อมที่จะต่อเข้ากับขั้วต่อแล้ว

การประกอบคอนเนคเตอร์

คุณสามารถใช้ขั้วต่อ 4 ขั้วชนิดใดก็ได้ที่ด้านบนของเกลียว หลังจากการทดลอง เราตัดสินใจเลือกใช้ตัวเชื่อมต่อ Molex Nanofit (นี่คือสิ่งที่ PCB ของเราใช้) แผงวงจรมีโปรไฟล์ต่ำ การเชื่อมต่อทางกลที่แน่นหนาพร้อมคลิปหนีบเพื่อล็อคไว้ แต่ก็ยังใส่และถอดได้ง่าย

ตัวเชื่อมต่อ Nanofit ทำงานร่วมกันในสามขั้นตอน:

ขั้นแรก เสียบปลายทั้งสองด้านของเทอร์มิสเตอร์แบบจีบเข้าในเต้ารับที่อยู่ตรงกลางสุดสองอันบนครึ่งตัวผู้ของคอนเนคเตอร์

ถัดไป สอดปลายเกลียวด้านบนทั้งสองข้างของลวดถักเปียเข้าไปในเต้ารับซ้ายสุดและขวาสุดบนครึ่งตัวผู้ของคอนเนคเตอร์

เมื่อเข้าที่แล้ว ให้ใส่รีเทนเนอร์เข้าไปในเต้ารับ วิธีนี้จะช่วยยึดจีบให้เข้าที่เพื่อไม่ให้เกลียวดึงขั้วต่อออก

ขั้วต่อตัวเมียครึ่งหนึ่งอยู่บนแผงวงจร และเชื่อมต่อขั้วต่อผมกับวงจรไดรฟ์และวงจรสัมผัสแบบ capacitive และขั้วต่อเทอร์มิสเตอร์กับ Arduino สำหรับการตรวจจับอุณหภูมิ

พร้อมที่จะไป

ตอนนี้ลวดพร้อมที่จะถักแล้ว

ขั้นตอนที่ 6: ถักเปียและชอล์ก

มีหลายวิธีในการต่อผมเปียรอบๆ สายไฟภายใน สำหรับการตรวจจับการสัมผัสแบบ capacitive สายไฟบางส่วนจะต้องถูกเปิดเผย อย่างไรก็ตาม ในการถักเปียที่ดูเป็นธรรมชาติอย่างสมบูรณ์ และซ่อนเทคโนโลยี ลวดสามารถถักจากด้านในได้ทั้งหมด การถักเปียแบบนี้ไม่สามารถตรวจจับการสัมผัสได้อย่างมีประสิทธิภาพ แต่ก็ยังสามารถกระตุ้นด้วยสีและรูปร่างที่เปลี่ยนไปอย่างมาก

สไตล์ถักเปีย 1: 4-Strand สำหรับการสัมผัสแบบ Capacitive

บทแนะนำการถักเปียนี้จะแสดงวิธีการถักเปีย 4 เส้น โปรดทราบว่าในกรณีของคุณ "เกลียว" อันใดอันหนึ่งเป็นสายไฟ! ดูภาพด้านบนสำหรับการตั้งค่าการถักเปียของเราตามรูปแบบ 4 เกลียวที่มีเกลียวผมสามเส้นและลวดหนึ่งเส้น

ถักเปียสไตล์ 2: สายที่มองไม่เห็น

ในการถักเปียนี้ คุณถักเปียสามเกลียว (นี่คือสิ่งที่คนส่วนใหญ่นึกถึงเมื่อพวกเขานึกถึง "ถักเปีย") และคุณเพียงแค่มัดสายไฟเข้ากับด้ายเส้นใดเส้นหนึ่ง นี่คือบทช่วยสอนที่ยอดเยี่ยมสำหรับการถักเปียสามเกลียว

ชอล์กด้วยสีเทอร์โมโครมิก

หากคุณต้องการให้เปียเปลี่ยนสีเมื่อถูกกระตุ้น จะต้องชอล์กด้วยสีเทอร์โมโครมิก ขั้นแรก ให้แขวนเปียไว้เหนือโต๊ะที่ปูด้วยพลาสติก (สิ่งของจะเลอะเทอะเล็กน้อย) ปฏิบัติตามคำแนะนำด้านความปลอดภัยสำหรับหมึกพิมพ์เทอร์โมโครมิกของคุณ (สวมถุงมือหากจำเป็น!) สวมหน้ากากป้องกันอากาศอย่างแน่นอน - คุณไม่ต้องการหายใจอนุภาคใด ๆ ตอนนี้ใช้แปรงทาความเจ็บปวดแล้วตักผงเทอร์โมโครมิกลงบนผมเปียของคุณโดยเริ่มจากด้านบน ค่อยๆ "ทาสี" ถักเปีย แปรงแป้งลงในเปียให้มากที่สุด คุณจะสูญเสียบางส่วน (แต่ถ้ามันตกลงบนผ้าปูโต๊ะพลาสติกของคุณ คุณสามารถกอบกู้มันสำหรับการถักเปียต่อไป) คุณสามารถดูไทม์แลปส์ที่เราได้แชร์ไว้ด้านบนเพื่อดูว่าเราทำได้อย่างไร!

ขั้นตอนที่ 7: การสวมใส่ Tech

สามารถติดตั้งแผงวงจรและแบตเตอรี่บนแถบคาดศีรษะหรือกิ๊บติดผมได้ อีกทางหนึ่งสำหรับสไตล์ที่ละเอียดอ่อนยิ่งขึ้น เปียสามารถทำด้วยสายที่ยาวกว่าที่ปลาย สามารถร้อยสายไฟเหล่านี้ไว้ใต้เส้นผม หมวก ผ้าพันคอ หรือลักษณะอื่นๆ ตามธรรมชาติไปยังตำแหน่งอื่นบนร่างกายได้ เช่น ใต้เสื้อเชิ้ตหรือบนสร้อยคอ ด้วยวิธีนี้ เส้นผมจะสังเกตเห็นได้น้อยลงในทันทีว่าเป็นเทคโนโลยีที่สวมใส่ได้

วงจรสามารถย่อให้เล็กลงได้ โดยมีการแก้ไขเพิ่มเติมและชิปตรรกะและบลูทูธในตัว วงจรที่มีขนาดเล็กกว่านั้นอาจจะซ่อนไว้บนกิ๊บติดผมตกแต่งได้ง่ายกว่า อย่างไรก็ตาม พลังงานจะยังคงเป็นปัญหาอยู่ เนื่องจากขณะนี้แบตเตอรี่ยังเล็กอยู่ แน่นอน คุณสามารถเสียบมันเข้ากับผนังได้ แต่หลังจากนั้นคุณจะไปได้ไม่ไกล

คุณสามารถเห็นต้นแบบ super early ถูกสวมใส่ในวิดีโอด้านบน (รูปภาพเพิ่มเติมของกล่องหุ้มสุดท้ายจะถูกเพิ่มหลังจากการสาธิตสาธารณะ)

สิ่งที่ส่งมาด้วย

ในไม่ช้า คุณจะสามารถค้นหากล่องหุ้มที่พิมพ์ได้ 3 มิติสำหรับวงจรใน github repo ของเราใช้ติดยางรัดผมหรือปรับเปลี่ยนรูปแบบอื่นๆ ได้

ขั้นตอนที่ 8: ภาพรวมซอฟต์แวร์

ใน repo github ของเรา คุณจะได้พบกับภาพสเก็ตช์ Arduino หลายแบบที่แสดงให้เห็นถึงวิธีการต่างๆ ในการควบคุมเส้นผม

ร่าง 1: demo_timing

นี่คือตัวอย่างพื้นฐานของฟังก์ชันการทำงานของไดรฟ์ ขนจะเปิดและปิดในช่วงเวลาที่กำหนด และไฟ LED บนเครื่องจะกะพริบเมื่อเปิด

ร่าง 2: demo_captouch

นี่คือตัวอย่างระบบสัมผัสแบบ capacitive การสัมผัสเส้นผมจะเป็นการเปิดไฟ LED บนเครื่อง คุณอาจต้องปรับเกณฑ์การสัมผัสแบบ capacitive ขึ้นอยู่กับสภาพแวดล้อมและวงจรของคุณ

ร่าง 3: demo_pcb_bluetooth_with_drive_captouch

การสาธิตแบบบูรณาการของการสื่อสารบลูทูธ การตรวจจับการสัมผัสแบบ capacitive และไดรฟ์ ดาวน์โหลดแอป Bluefruit LE Connect บนสมาร์ทโฟน รหัสจะส่งสัญญาณบลูทู ธ เมื่อสัมผัสถักเปียพิมพ์ผลลัพธ์ไปยังแอพ การกดปุ่มบนตัวควบคุมในแอปจะเป็นการเริ่มและหยุดการทำงานของสายถักเปีย โปรดทราบว่ามีการตั้งค่าพินเอาต์สำหรับเวอร์ชั่น PCB ของเรา หากคุณเชื่อมต่อพิน INH ของมัลติเพล็กเซอร์กับพินดิจิทัลเช่นเดียวกับในแผนผัง PCB คุณอาจต้องเพิ่มบรรทัดในโค้ดเพื่อขับเคลื่อนพินนั้นให้ต่ำ

รหัสนี้ยังรวมถึงวิธีการสอบเทียบ ซึ่งกระตุ้นโดยการส่งอักขระ "c" ผ่านอินเทอร์เฟซ UART ในแอป

การปรับเทียบการสัมผัสแบบ Capacitive

เนื่องจากการตรวจจับการสัมผัสแบบ capacitive มีความไวต่อปัจจัยด้านสิ่งแวดล้อม เช่น ความชื้น หรือการเสียบปลั๊กเข้ากับคอมพิวเตอร์หรือไม่ รหัสนี้จะช่วยให้คุณกำหนดค่าเกณฑ์ที่เหมาะสมสำหรับการตรวจจับการสัมผัสแบบ capacitive ที่แม่นยำ คุณสามารถค้นหาตัวอย่างได้ในโค้ด demo_pcb_bluetooth_with_drive_captouch ข้อสังเกตประการหนึ่งคือความจุจะเปลี่ยนไปตามความร้อน เรายังไม่ได้จัดการปัญหาที่ความร้อนหลังการกระตุ้นทำให้เกิดสถานะ "สัมผัส"

การตรวจสอบแบตเตอรี่

ตัวอย่างของการตรวจสอบแบตเตอรี่อยู่ในภาพร่าง demo_pcb_bluetooth_with_drive_captouch ไฟ LED ในตัวจะสว่างขึ้นเมื่อประจุของแบตเตอรี่หนึ่งก้อนต่ำกว่าเกณฑ์ที่กำหนด แม้ว่าจะไม่แยกความแตกต่างระหว่างแบตเตอรี่ควบคุมและแบตเตอรี่ของไดรฟ์

อินเตอร์ล็อคอุณหภูมิ (Safety Shut Off)

การตรวจสอบอุณหภูมิของสายถักช่วยให้เราปิดเครื่องได้หากร้อนเกินไป ข้อมูลนี้รวบรวมจากเทอร์มิสเตอร์ที่ถักเป็นเปีย ตัวอย่างนี้สามารถพบได้ในร่าง demo_pcb_bluetooth_with_drive_captouch

ขั้นตอนที่ 9: การโหลดและแก้ไขโค้ด

เราใช้สภาพแวดล้อม Arduino มาตรฐานในการเขียนโค้ดสำหรับ HairIO และอัปโหลดไปยังบอร์ด

Arduino Nanos สามารถหาได้จากหลายแหล่ง เราซื้อสิ่งเหล่านี้ซึ่งต้องการเฟิร์มแวร์เพิ่มเติมเพื่อใช้งานกับสภาพแวดล้อม Arduino คุณสามารถทำตามคำแนะนำเหล่านี้เพื่อตั้งค่าบนเครื่องของคุณ หากคุณใช้ Arduino Nano มาตรฐาน (เช่น สิ่งเหล่านี้) คุณไม่จำเป็นต้องทำขั้นตอนพิเศษนั้น

เมื่อแก้ไขโค้ด ตรวจสอบให้แน่ใจว่าพินฮาร์ดแวร์ของคุณตรงกับวงจรของคุณ หากคุณเปลี่ยนพิน อย่าลืมอัปเดตการออกแบบและโค้ดบอร์ดของคุณ

สิ่งสำคัญที่ควรทราบคือไลบรารีระบบสัมผัส capacitive ของ Illutron ที่เราใช้นั้นอาศัยชิปฮาร์ดแวร์เฉพาะ (Atmega328p) หากคุณต้องการใช้ไมโครคอนโทรลเลอร์ตัวอื่น ตรวจสอบให้แน่ใจว่าไมโครคอนโทรลเลอร์นั้นใช้งานร่วมกันได้ ไม่เช่นนั้นคุณจะต้องแก้ไขโค้ดนั้น (เราไม่ต้องการใช้โค้ดระดับต่ำสำหรับโปรเจ็กต์นี้ เราจึงซาบซึ้งในการทำงานของ Illutron อย่างมาก การซิงค์กับจังหวะเวลาของฮาร์ดแวร์อาจดูยุ่งยากมาก!)

ขั้นตอนที่ 10: การออกแบบในอนาคต: แนวคิดและแนวทางสำหรับการปรับเปลี่ยน

การตอบสนองความร้อน

หากคุณต้องการทราบข้อมูลเพิ่มเติมเกี่ยวกับพฤติกรรมการตอบสนองต่อความร้อนของเปีย คุณสามารถค้นหาแบบจำลองทางคณิตศาสตร์ของเส้นผมได้ในบทความของเรา สิ่งสำคัญคือการเปลี่ยนแปลงสีและรูปร่างจะทำงานในเวลาที่ต่างกันและในลำดับที่แตกต่างกันตามปริมาณของฉนวนผมรอบๆ ลวด และปริมาณของพลังงานที่จ่าย (ซึ่งจะเปลี่ยนความเร็วของความร้อน)

การปรับปรุงวงจร:

• การเลื่อนโมดูลบลูทูธไปทางขวาอาจทำให้คุณลดความสูงของการซ้อนลงได้ เนื่องจากโมดูลจะไม่ทำงานในขั้วต่อ USB ของ Arduino นอกจากนี้ยังมีบอร์ด Arduino ที่มีโมดูลบลูทู ธ ในตัว (แต่ส่วนใหญ่มีชิปที่แตกต่างกัน ดังนั้นการใช้พวกมันจะเกี่ยวข้องกับการเปลี่ยนแปลงโค้ด)
• รอยเท้าของขั้วต่อแบตเตอรี่อาจเปลี่ยนแปลงได้ขึ้นอยู่กับประเภทของแบตเตอรี่ที่คุณใช้
• รอยเท้าสวิตช์เป็นแบบทั่วไปและควรแทนที่ด้วยรอยเท้าของสิ่งที่คุณต้องการใช้
• คุณอาจต้องการ PWM วงจรไดรฟ์เพื่อควบคุมพลังงานผ่านการถักเปีย ในการทำเช่นนั้น ควรเปลี่ยนพินสัญญาณของไดรฟ์เป็น D3 หรือพิน PWM ของฮาร์ดแวร์อื่น
• หากคุณสลับการจับคู่มัลติเพล็กเซอร์ (เช่น ไดรฟ์ braid1 และ braid2 แตะที่ช่อง 0 และไดรฟ์ braid2 และ braid1 แตะที่ช่อง 1 แทนการสัมผัสและไดรฟ์สำหรับ braid เดียวกันในช่องเดียว) คุณจะสามารถสัมผัสได้ถึง capacitive แตะที่เกลียวหนึ่งขณะขับเคลื่อนอีกเส้นหนึ่ง แทนที่จะป้องกันไม่ให้ทำการตรวจจับแบบ capacitive ใดๆ เลยในขณะที่สิ่งใดกำลังขับเคลื่อน

• การปรับเปลี่ยนบางอย่างอาจทำให้แบตเตอรี่หนึ่งก้อนสามารถควบคุมทั้งตรรกะและไดรฟ์ได้ ข้อควรพิจารณาหลายประการ ได้แก่:

  • ไฟฟ้าแรงสูง (เช่น แบตเตอรี่ 7.4 LiPo) จะส่งกลับ Arduino ผ่านวงจรตรวจจับ capacitive และพินดิจิตอล สิ่งนี้ไม่ดีสำหรับ Arduino ในระยะยาว ซึ่งอาจแก้ไขได้โดยการรวมทรานซิสเตอร์อีกตัวระหว่างวงจรตรวจจับประจุไฟฟ้ากับเส้นผม
  • ผมดึงพลังงานมากเกินไปอาจทำให้ Arduino ออกสีน้ำตาล สิ่งนี้อาจได้รับการแก้ไขโดยสัญญาณ PWM ของไดรฟ์

การปรับปรุงซอฟต์แวร์

การตรวจจับการสัมผัสแบบคาปาซิทีฟความถี่กวาดสามารถใช้เพื่อตรวจจับการสัมผัสได้หลายประเภทเช่น หนึ่งนิ้วหรือสองนิ้ว การบีบนิ้ว หมุน… สิ่งนี้ต้องการรูปแบบการจัดหมวดหมู่ที่ซับซ้อนกว่าเกณฑ์พื้นฐานที่เราแสดงให้เห็นที่นี่ ความจุเปลี่ยนแปลงตามอุณหภูมิ การปรับปรุงโค้ดการตรวจจับการสัมผัสโดยคำนึงถึงสิ่งนี้จะทำให้การตรวจจับมีความน่าเชื่อถือมากขึ้น

แน่นอน ถ้าคุณสร้าง HairIO เวอร์ชันหนึ่ง เรายินดีที่จะรับฟัง

ขั้นตอนที่ 11: บันทึกความปลอดภัย

HairIO เป็นแพลตฟอร์มการวิจัย และไม่ได้มีไว้เพื่อใช้ในเชิงพาณิชย์หรือผลิตภัณฑ์สำหรับใช้งานประจำวัน เมื่อทำและสวมใส่ HairIO ของคุณเอง โปรดคำนึงถึงข้อควรพิจารณาต่อไปนี้:

ความร้อน

เนื่องจาก HairIO ทำงานโดยการให้ความร้อนด้วยตัวต้านทาน จึงมีความเป็นไปได้ที่จะเกิดความร้อนสูงเกินไป หากเทอร์มิสเตอร์ไม่ทำงานหรืออยู่ใกล้กับเกลียวมาก อาจไม่สามารถอ่านอุณหภูมิได้อย่างถูกต้อง หากคุณไม่ได้ระบุรหัสการปิดอุณหภูมิไว้ รหัสดังกล่าวอาจร้อนเกินกว่าที่ตั้งใจไว้ แม้ว่าเราจะไม่เคยประสบกับปัญหาผิวไหม้จาก HairIO มาก่อน แต่ก็ถือเป็นการพิจารณาที่สำคัญ

แบตเตอรี่

ใน HairIO เราใช้แบตเตอรี่ LiPo เป็นแหล่งพลังงานของเรา LiPos เป็นเครื่องมือที่ยอดเยี่ยม เนื่องจากสามารถชาร์จใหม่ได้และสามารถจ่ายกระแสไฟสูงได้ในแพ็คเกจขนาดเล็ก พวกเขาควรได้รับการปฏิบัติอย่างระมัดระวัง หากมีการชาร์จอย่างไม่เหมาะสมหรือถูกเจาะพวกเขาสามารถติดไฟได้ โปรดดูข้อมูลอ้างอิงเหล่านี้เพื่อเรียนรู้เพิ่มเติมเกี่ยวกับการดูแล LiPos ของคุณ: คำแนะนำอย่างละเอียด; เคล็ดลับด่วน

เม็ดสีเทอร์โมโครมิก

ของที่เราใช้ปลอดสารพิษ แต่โปรดอย่ากินมัน อ่านคำแนะนำด้านความปลอดภัยสำหรับสิ่งที่คุณซื้อ

ขั้นตอนที่ 12: ข้อมูลอ้างอิงและลิงก์

ที่นี่เรารวบรวมการอ้างอิงและลิงก์ในคำแนะนำนี้เพื่อให้เข้าถึงได้ง่าย:

ผมIO

HairIO: Human Hair as Interactive Material - นี่คือบทความวิชาการที่นำเสนอ HairIO เป็นครั้งแรก

HairIO Github repo - ที่นี่คุณจะได้พบกับ git repo ของแผนผังและโค้ดทั้งหมดที่ใช้สำหรับการสาธิตนี้ รวมถึงเอกสารข้อมูลบางส่วนสำหรับส่วนประกอบที่สำคัญ

Youtube - ดูผมทำจริง!

รายการวัสดุสำหรับ HairIO PCB

สัมผัสแบบ Capacitive

Touché: เพิ่มการโต้ตอบกับมนุษย์ หน้าจอ ของเหลว และวัตถุในชีวิตประจำวัน

คำแนะนำสำหรับรุ่น Arduino ของ Touche + Illutron Github repo สำหรับรหัส Arduino

บลูทู ธ

โมดูลบลูทูธ

แอพบลูทูธ

ความปลอดภัยของแบตเตอรี่ LiPo

คู่มืออย่างละเอียด

เคล็ดลับง่ายๆ

เทคโนโลยีเกี่ยวกับผมอื่นๆ

อุปกรณ์ทำผม Katia Vega

ไฟ สิ่งที่มองไม่เห็น

ผู้เขียน

ห้องปฏิบัติการนิเวศวิทยาไฮบริด

Christine Dierk

มอลลี่ นิโคลัส

Sarah Sterman