HairIO: Tóc như vật liệu tương tác: 12 bước (có hình ảnh)

2024 Tác giả: John Day | [email protected]. Sửa đổi lần cuối: 2024-01-30 13:35

HairIO: Tóc người như một vật liệu tương tác

Tóc là một chất liệu độc đáo và ít được khám phá cho các công nghệ mặc mới. Lịch sử lâu dài về biểu hiện văn hóa và cá nhân của nó làm cho nó trở thành một địa điểm hiệu quả cho những tương tác mới lạ. Trong phần có thể hướng dẫn này, chúng tôi sẽ hướng dẫn bạn cách tạo các phần mở rộng tóc tương tác có thể thay đổi hình dạng và màu sắc, cảm ứng và giao tiếp qua bluetooth. Chúng tôi sẽ sử dụng một mạch tùy chỉnh, Arduino Nano, bo mạch Adafruit Bluetooth, hợp kim bộ nhớ hình dạng và sắc tố nhiệt sắc tố.

Có thể hướng dẫn này được tạo ra bởi Sarah Sterman, Molly Nicholas và Christine Dierk, ghi lại công việc được thực hiện trong Phòng thí nghiệm Sinh thái lai tại UC Berkeley cùng với Eric Paulos. Phân tích về công nghệ này và nghiên cứu đầy đủ có thể được tìm thấy trong bài báo của chúng tôi, được trình bày tại TEI 2018. Trong Tài liệu hướng dẫn này, bạn sẽ tìm thấy tài liệu toàn diện về phần cứng, phần mềm và thiết bị điện tử, cũng như thông tin về các quyết định thiết kế mà chúng tôi đã thực hiện và những khó khăn mà chúng tôi phải đối mặt.

Chúng tôi sẽ bắt đầu với tổng quan hệ thống ngắn gọn và các ví dụ về cách sử dụng HairIO. Tiếp theo, chúng ta sẽ thảo luận về các thiết bị điện tử liên quan, sau đó chuyển sang phần cứng và tạo các phần mở rộng tóc. Các phần cuối cùng sẽ bao gồm mã và một số mẹo để thực hiện sửa đổi.

Các liên kết đến các tài nguyên cụ thể sẽ được cung cấp trong mỗi phần và cũng được thu thập ở phần cuối.

Chúc bạn làm vui vẻ!

Bước 1: Nó hoạt động như thế nào?

Tổng quat

Hệ thống HairIO hoạt động dựa trên hai nguyên tắc cơ bản: cảm ứng điện dung và nhiệt điện trở. Bằng cách cảm nhận xúc giác, chúng tôi có thể làm cho phần mở rộng tóc phản ứng với các lần chạm. Và bằng cách làm nóng phần mở rộng, chúng ta có thể gây ra sự thay đổi màu sắc với các sắc tố nhiệt sắc, và sự thay đổi hình dạng với một hợp kim bộ nhớ hình dạng. Một chip bluetooth cho phép các thiết bị như điện thoại và máy tính xách tay giao tiếp với tóc, để gây ra sự thay đổi hình dạng hoặc màu sắc hoặc nhận tín hiệu khi có cảm giác chạm vào tóc.

Tương tác và sử dụng mẫu

HairIO là một nền tảng nghiên cứu, có nghĩa là chúng tôi muốn xem bạn làm gì với nó! Một số tương tác mà chúng tôi đã thiết kế được thể hiện trong các video ở trên hoặc trong video hoàn chỉnh của chúng tôi trên Youtube.

Một bím tóc thay đổi hình dạng có thể thông báo cho người mặc tin nhắn văn bản bằng cách cù nhẹ vào tai người đeo khi nó di chuyển.

Hoặc có lẽ nó có thể cung cấp cho người đeo chỉ đường, di chuyển vào trường nhìn để chỉ ra hướng nào để rẽ vào.

Tóc có thể thay đổi đáng kể, về phong cách hoặc biểu diễn. Phong cách có thể thay đổi trong ngày hoặc cập nhật cho một sự kiện cụ thể.

Tóc cũng có thể kích hoạt các tương tác xã hội; Hãy tưởng tượng việc tết tóc tăng thêm của một người bạn, sau đó có thể thay đổi màu tóc của người bạn đó bằng cách chạm vào bím tóc của chính bạn từ rất xa.

Các thành phần

Tất cả cảm biến, logic và điều khiển được xử lý bởi một mạch tùy chỉnh và Arduino Nano, được đeo trên đầu. Mạch này có hai thành phần chính: mạch cảm ứng điện dung và mạch truyền động để chuyển nguồn sang dây bện. Phần mở rộng tóc thương mại được bện xung quanh một dây nitinol, là một hợp kim ghi nhớ hình dạng. Dây này sẽ giữ một hình dạng khi nguội và chuyển sang hình dạng thứ hai khi nóng lên. Chúng ta có thể huấn luyện hầu như bất kỳ hình dạng thứ hai nào thành dây (được mô tả sau trong phần Có thể hướng dẫn này). Hai pin LiPo cấp nguồn cho mạch điều khiển ở 5V và sợi tóc ở 3.7V.

Bước 2: Điện tử

Điều khiển và cảm ứng điện dung

Mạch cảm ứng điện dung được điều chỉnh từ dự án Touché của Disney, thông qua Hướng dẫn tuyệt vời này để tái tạo Touche trên Arduino. Thiết lập này hỗ trợ cảm ứng điện dung tần số quét và cho phép nhận dạng cử chỉ phức tạp hơn so với chạm / không chạm đơn giản. Một lưu ý ở đây là mạch và mã cảm ứng điện dung giả sử một chip Arduino cụ thể, Atmega328P. Nếu bạn chọn sử dụng chip vi điều khiển thay thế, bạn có thể cần thiết kế lại mã hoặc tìm một cơ chế cảm biến thay thế.

Mạch điều khiển sử dụng Arduino Nano cho logic và một bộ ghép kênh tương tự để cho phép điều khiển tuần tự nhiều bện trên cùng một mạch và pin. Cảm ứng điện dung được cảm nhận gần như đồng thời bằng cách chuyển đổi nhanh chóng giữa các kênh (nhanh đến mức về cơ bản giống như chúng ta cảm nhận được cả hai cùng một lúc). Việc kích hoạt các bím tóc bị giới hạn bởi khả năng sẵn có. Bao gồm các pin mạnh hơn hoặc bổ sung có thể cho phép kích hoạt đồng thời, tuy nhiên ở đây chúng tôi giới hạn nó thành kích hoạt tuần tự để đơn giản. Sơ đồ mạch được cung cấp có thể điều khiển hai bện (nhưng bộ ghép kênh trong mạch có thể hỗ trợ tối đa bốn!).

Đối với phiên bản đơn giản nhất của mạch, hãy để bộ ghép kênh ra ngoài và điều khiển một bện đơn trực tiếp từ Arduino.

Mạch truyền động và nhiệt điện trở

Chúng tôi thực hiện cảm ứng điện dung trên cùng một dây dẫn như kích hoạt (nitinol). Điều này có nghĩa là ít dây / phức tạp hơn trong bện và nhiều hơn trong mạch.

Mạch truyền động bao gồm một tập hợp các bóng bán dẫn mối nối lưỡng cực (BJT) để bật và tắt bộ kích hoạt sợi tóc. Điều quan trọng là đây phải là các bóng bán dẫn tiếp giáp lưỡng cực, thay vì các MOSFET phổ biến hơn (và nói chung là tốt hơn), bởi vì BJT thiếu điện dung bên trong. Điện dung bên trong của MOSFET sẽ lấn át mạch cảm ứng.

Chúng tôi cũng phải chuyển đổi cả nguồn điện và mặt đất, thay vì chỉ nguồn điện, một lần nữa vì lợi ích của cảm ứng điện dung, vì không có tín hiệu điện dung từ điện cực nối đất.

Một thiết kế thay thế sử dụng các nguồn riêng biệt cho cảm ứng điện dung và ổ đĩa có thể đơn giản hóa mạch này một cách đáng kể, tuy nhiên nó làm cho thiết kế cơ học phức tạp hơn. Nếu cảm biến điện dung bị cách ly khỏi nguồn điện cho ổ đĩa, chúng ta có thể sử dụng một công tắc duy nhất cho nguồn điện và nó có thể là FET hoặc bất kỳ thứ gì khác. Những giải pháp như vậy có thể bao gồm kim loại hóa chính tóc, như trong Dụng cụ làm tóc của Katia Vega.

Chip Bluetooth

Chip bluetooth chúng tôi sử dụng là Bluefruit Friend từ Adafruit. Mô-đun này độc lập và chỉ cần được gắn vào Arduino, mô-đun này sẽ xử lý logic xung quanh giao tiếp.

Lựa chọn pin

Đối với pin, bạn muốn pin có thể sạc lại có thể cung cấp đủ điện áp để cấp nguồn cho Arduino và đủ dòng điện để điều khiển nitinol. Chúng không nhất thiết phải có cùng một loại pin. Trên thực tế, để tránh làm biến màu Arduino, chúng tôi đã tạo tất cả các nguyên mẫu ban đầu của mình với hai pin: một để điều khiển và một cho ổ đĩa.

Arduino Nano yêu cầu ít nhất 5V và nitinol thu được tối đa khoảng 2 Amps.

Chúng tôi đã chọn pin 3,7 V từ ValueHobby để điều khiển tóc và pin 7,4V từ ValueHobby để cấp nguồn cho Arduino. Cố gắng không sử dụng pin 9V thông thường; chúng sẽ cạn kiệt dưới mức hữu ích trong vòng 15 phút và gây ra nhiều lãng phí. (Chúng tôi biết, bởi vì chúng tôi đã cố gắng…)

Các chi tiết khác

Theo dõi pin: một điện trở 4,7k Ohm giữa đường dây nguồn của pin ổ đĩa và một chân tương tự cho phép chúng tôi theo dõi mức sạc của pin ổ đĩa. Bạn cần điện trở này để giữ cho pin không bật Arduino qua chân analog (điều này thật tệ: bạn không muốn làm điều này). Pin Arduino có thể được theo dõi chỉ bằng mã - hãy xem phần về phần mềm để giới thiệu mã này.

Jumper: Có không gian cho jumper giữa hai đầu nối pin, nếu bạn muốn sử dụng một pin duy nhất để cung cấp năng lượng cho mọi thứ. Điều này có nguy cơ làm biến màu Arduino, nhưng với việc lựa chọn pin thích hợp và một số PWM dựa trên phần mềm của ổ đĩa, nó sẽ hoạt động. (Mặc dù chúng tôi vẫn chưa hoàn thành.) (Nếu bạn thử - hãy cho chúng tôi biết nó diễn ra như thế nào!)

Bước 3: Lắp ráp điện tử

Đặt mạch cùng nhau

Chúng tôi thiết kế mạch ban đầu thành hai phần, kết nối mạch điều khiển và ổ đĩa bằng một sợi cáp mềm. Trong phiên bản PCB tích hợp của chúng tôi, các mạch được ngưng tụ thành một bảng duy nhất. Sơ đồ trước đây cho phép đặt các bím tóc trên đầu linh hoạt hơn, nhưng sơ đồ thứ hai thì lắp ráp đơn giản hơn nhiều. Bạn có thể tìm thấy các tệp sơ đồ và bố cục bảng trong repo Github của chúng tôi. Có hai cách để tạo mạch: 1) làm bằng tay phiên bản bo mạch hoàn hảo với các thành phần xuyên lỗ theo sơ đồ, hoặc 2) tạo PCB từ tệp bảng mà chúng tôi cung cấp (liên kết ở trên) và lắp ráp với các thành phần gắn trên bề mặt.

Các thành phần

Hóa đơn vật liệu cho phiên bản PCB + bện ở đây.

Chúng tôi tự pha chế PCB thử nghiệm của mình trên một Othermill, sau đó đặt hàng PCB cuối cùng của chúng tôi từ các Mạch Vùng Vịnh tuyệt vời. Cả sản xuất bảng trong nhà và chuyên nghiệp sẽ hoạt động tốt, mặc dù việc mạ hoặc hàn bằng tay tất cả các vias là một điều khó khăn.

Lời khuyên

• Chúng tôi sử dụng keo hàn và lò nung nóng lại hoặc đĩa nóng cho các thành phần gắn trên bề mặt, sau đó hàn các thành phần lỗ xuyên qua sau đó bằng tay.
• Chúng tôi khuyên bạn nên sử dụng phiên bản breadboard / perf board để tạo mẫu nhanh và PCB để đảm bảo độ tin cậy.
• Chúng tôi sử dụng các tiêu đề nữ ngắn để giữ Nano trên PCB, để nó có thể tháo rời. Các đầu cái dài có thể được hàn vào bo mạch để nâng chip bluetooth lên đủ cao để lồng phía trên Arduino. (Bạn cũng sẽ muốn thêm băng Kapton để ngăn chặn sự cố đoản mạch).
• Chip bluetooth thực sự cần phải được hàn lộn ngược vào các đầu đực của nó để khớp với thứ tự chân trên bố cục PCB. (Tất nhiên, bạn có thể sửa đổi bố cục này.) Tại sao chúng tôi làm điều đó? Bởi vì nó làm cho các chân phù hợp hơn với bố cục Arduino.

Bước 4: Tổng quan về phần cứng tóc

HairIO là một dây nối tóc được bện xung quanh hai đoạn dây dài được kết nối, được gắn vào một đầu nối và một điện trở nhiệt để điều chỉnh nhiệt độ. Nó có thể được tạo phấn với các sắc tố nhiệt sắc sau khi lắp ráp hoàn chỉnh. Tự làm bím tóc HairIO bao gồm một số công đoạn:

1) Huấn luyện hợp kim bộ nhớ hình dạng thành hình dạng mong muốn.

2) Lắp ráp dây bên trong bằng cách uốn và hàn một chiều dài của hợp kim bộ nhớ hình dạng với một dây đồng cách điện.

3) Uốn và cách điện một điện trở nhiệt.

4) Gắn dây và nhiệt điện trở vào một đầu nối.

5) Bím tóc quanh dây.

6) Đánh phấn cho tóc.

Chúng tôi sẽ giải quyết chi tiết từng giai đoạn trong các phần sau.

Bước 5: Lắp ráp dây tóc

Các giai đoạn đầu tiên liên quan đến việc lắp ráp các dây bên trong để thay đổi hình dạng và làm nóng điện trở. Đây là nơi bạn quyết định độ dài của bím tóc, hình dạng mong muốn khi nó được làm nóng và loại đầu nối bạn sẽ sử dụng. Nếu tất cả các bím tóc có một loại đầu nối chung, chúng có thể dễ dàng hoán đổi trên cùng một bảng mạch để có nhiều hình dạng và màu sắc khác nhau, cũng như loại và độ dài của tóc.

Nếu bạn không muốn thay đổi hình dạng trong một bím tóc cụ thể, hợp kim bộ nhớ hình dạng có thể được thay thế bằng chiều dài của dây thông thường. Nếu bạn muốn hỗ trợ cảm ứng điện dung, dây thay thế nên được cách điện để có hiệu quả tốt nhất.

Đào tạo hợp kim bộ nhớ hình dạng

Hợp kim bộ nhớ hình dạng mà chúng tôi sử dụng ở đây là nitinol, một hợp kim niken-titan. Khi nguội, nó vẫn ở một hình dạng, nhưng khi nóng lên, nó trở lại trạng thái được gọi là trạng thái "đã qua luyện". Vì vậy, nếu chúng ta muốn có một bím tóc sẽ uốn cong khi được làm nóng, nó có thể thẳng khi nguội, nhưng phải được huấn luyện để làm xoăn. Bạn có thể tạo ra hầu hết mọi hình dạng mà bạn muốn, mặc dù khả năng nâng trọng lượng của dây bị giới hạn bởi đường kính của nó.

Cắt nitinol theo độ dài mong muốn của bím tóc, để thừa một chút cho các đường cong trong quá trình bện và cho các kết nối ở trên và dưới.

Để đào tạo nitinol, hãy xem hướng dẫn tuyệt vời này.

Các kiểu bím tóc mà chúng tôi đã thử nghiệm bao gồm các lọn tóc xoăn, uốn cong theo góc vuông để cho phép tóc thẳng đứng và hoàn toàn không đào tạo nitinol. Điều này nghe có vẻ lười biếng, nhưng nó cho phép tóc thẳng ra khỏi bất kỳ hình dạng nào khi được tác động. Dây sẽ giữ một hình dạng mà bạn uốn cong khi nguội, ví dụ: một cuộn tròn, sau đó thẳng ra khỏi hình dạng đó khi được nung nóng. Tuyệt vời và dễ dàng hơn nhiều!

Lắp ráp dây

Nitinol không được cách nhiệt, và chỉ chạy theo một hướng. Để tạo ra một mạch hoàn chỉnh, chúng ta cần một dây thứ hai, cách điện để kết nối ở phía dưới và quay trở lại đầu nối ở phía trên. (Một dây dẫn không được cách điện sẽ gây ra đoản mạch khi nó chạm vào nitinol và ngăn cản sự nóng lên.)

Cắt một đoạn dây đồng cách điện có chiều dài bằng đoạn dây nitinol. Chúng tôi đã sử dụng dây điện từ 30 AWG. Tháo lớp cách nhiệt ở cả hai đầu. Đối với dây điện từ, lớp phủ có thể được loại bỏ bằng cách đốt nhẹ dây bằng ngọn lửa trần cho đến khi các ký tự cách điện biến dạng và có thể được lau sạch (mất khoảng 15 giây với một lần bật lửa). Lưu ý rằng điều này làm cho dây hơi dễ vỡ tại vị trí bị cháy.

Sự thật thú vị về Nitinol: Thật không may, chất hàn không thích dính vào nitinol. (Đó là một nỗi đau rất lớn.) Giải pháp tốt nhất là sử dụng máy uốn để tạo kết nối cơ học với nitinol, sau đó thêm chất hàn để đảm bảo kết nối điện.

Giữ phần cuối của nitinol và dây đồng mới chưa cách điện lại với nhau, và luồn vào một chỗ uốn. Uốn chúng thật chắc chắn với nhau. Nếu cần thêm độ bền kết nối, hãy thêm một chút chất hàn. Che phần uốn và bất kỳ phần đuôi còn lại của dây bằng cách co nhiệt để người đeo của bạn không tự chọc vào các đầu nhọn. Không quan trọng bạn sử dụng kiểu uốn nào ở phía dưới, vì nó hoàn toàn là để tạo kết nối cơ học giữa hai dây.

Ở đầu còn lại, chúng ta sẽ thêm một đường gấp mép cho mỗi đầu dây. Ở đây, vấn đề quan trọng là kiểu uốn. Bạn phải sử dụng bộ uốn giao phối cho đầu nối của mình. Các đầu dây này sẽ được gắn vào đầu nối để giao tiếp với bảng mạch.

Làm một bím tóc đứng:

Các bím tóc có thể rất tinh tế, hoặc rất ấn tượng. Nếu bạn muốn có một hiệu ứng ấn tượng, như hình chụp mũ ở trên hoặc trong video tình huống biểu diễn trước đó, thì cần phải thực hiện thêm một bước. Các bím tóc thích xoắn hơn là nâng lên, vì vậy chúng phải được cố định để giữ đúng hướng. Nẹp của chúng tôi có hình dạng giống như một chữ Z kéo dài ra (xem hình ảnh). Chúng tôi trượt một nếp gấp trên nitinol, sau đó hàn nẹp vào nếp gấp, và cuối cùng bao phủ toàn bộ bằng băng co nhiệt và băng dính điện.

Chuẩn bị nhiệt điện trở

Nhiệt điện trở là một điện trở nhạy cảm với nhiệt cho phép chúng ta đo nhiệt độ của bện. Chúng tôi sử dụng điều này để đảm bảo rằng bím tóc không bao giờ quá nóng đối với người dùng khi mặc. Chúng tôi sẽ thêm nhiệt điện trở vào cùng một đầu nối mà bện sẽ được gắn vào.

Đầu tiên, trượt nhiệt co lên các chân của nhiệt điện trở và sử dụng súng nhiệt để thu nhiệt xuống. Điều này sẽ cách nhiệt các chân, để ngăn nhiệt điện trở ngắn thành nitinol không được cách nhiệt. Để lại một chút dây lộ ra ở cuối để tạo nếp gấp. Một lần nữa, những điểm uốn này phải là những điểm thích hợp cho đầu nối của bạn.

Uốn các đầu của nhiệt điện trở. Nếu bạn có thể, hãy lấy một chút nhiệt co vào các răng đầu tiên của nếp gấp để giảm căng thẳng. Tuy nhiên, đừng đặt quá cao, vì các dây dẫn vẫn phải kết nối để có kết nối điện tốt.

Bây giờ nhiệt điện trở đã sẵn sàng để được gắn vào đầu nối.

Lắp ráp trình kết nối

Bạn có thể sử dụng bất kỳ loại đầu nối 4 đầu nào ở đầu bím tóc; sau một số thử nghiệm, chúng tôi quyết định chọn đầu nối Molex Nanofit. (Đây là những gì PCB của chúng tôi sử dụng.) Chúng có cấu hình thấp trên bảng mạch, kết nối cơ học chắc chắn với một chiếc kẹp để giữ chúng được khóa trong, nhưng vẫn dễ dàng lắp vào và tháo ra.

Các đầu nối Nanofit đi cùng nhau theo ba giai đoạn:

Đầu tiên, lắp hai đầu uốn cong của nhiệt điện trở vào hai ổ cắm ở giữa trên nửa đầu nam của đầu nối.

Tiếp theo, luồn hai đầu đã uốn cong của dây bện vào ổ cắm ngoài cùng bên trái và ngoài cùng bên phải trên nửa đầu nam của đầu nối.

Khi chúng đã ở đúng vị trí, hãy lắp bộ phận giữ vào các ngăn chứa. Điều này giúp giữ các nếp gấp ở đúng vị trí để bím tóc không bị bung ra khỏi đầu nối.

Nửa đầu cái của đầu nối nằm trên bảng mạch và kết nối các đầu cực dây tóc với mạch ổ đĩa và mạch cảm ứng điện dung, và các đầu nối nhiệt điện trở với Arduino để cảm nhận nhiệt độ.

Sẵn sàng để đi

Bây giờ, dây đã sẵn sàng để được bện.

Bước 6: Bện và tán phấn

Có một số cách để tết phần tóc mở rộng xung quanh các sợi dây bên trong. Đối với cảm ứng điện dung, một số dây phải được tiếp xúc. Tuy nhiên, để có một bím tóc trông hoàn toàn tự nhiên và giấu kỹ thuật, dây có thể được bện hoàn toàn ở bên trong. Loại bím tóc này không thể thực hiện cảm giác chạm hiệu quả, nhưng nó vẫn có thể hoạt động với sự thay đổi hình dạng và màu sắc ấn tượng.

Kiểu bện 1: 4 sợi cho cảm ứng điện dung

Hướng dẫn thắt bím này sẽ chỉ cho bạn cách làm bím tóc 4 lọn. Hãy nhớ rằng trong trường hợp của bạn, một trong những "sợi dây" thực sự là dây điện! Hãy xem các hình trên để biết cách tết tóc của chúng tôi, theo mẫu 4 sợi với ba sợi tóc và một sợi dây.

Kiểu bím 2: Dây vô hình

Trong bím tóc này, bạn thắt bím ba sợi (đây là điều mà hầu hết mọi người nghĩ đến khi họ nghĩ về "bím tóc"), và bạn chỉ cần bó các sợi dây lại với một trong các sợi. Đây là một hướng dẫn tuyệt vời cho một bím tóc ba sợi.

Phấn với sắc tố nhiệt

Nếu bạn muốn một bím tóc thay đổi màu sắc khi nó được kích hoạt, nó phải được đánh phấn bằng các sắc tố nhiệt sắc tố. Đầu tiên, treo các bím tóc lên một thứ gì đó, phía trên một chiếc bàn có phủ nhựa (mọi thứ sẽ hơi lộn xộn). Thực hiện theo các hướng dẫn an toàn cho mực in nhiệt sắc của bạn (đeo găng tay nếu cần thiết!). Chắc chắn phải đeo mặt nạ phòng không - bạn không bao giờ muốn hít thở bất kỳ hạt vật chất nào. Bây giờ, hãy lấy một chiếc bàn chải giảm đau và quét một ít bột nhiệt màu lên bím tóc của bạn, bắt đầu từ phần trên cùng. Nhẹ nhàng "sơn" bím tóc xuống, phủ phấn bột vào bím tóc càng nhiều càng tốt. Bạn sẽ mất một ít (nhưng nếu nó rơi trên khăn trải bàn bằng nhựa của bạn, bạn có thể vớt nó cho bím tiếp theo). Bạn có thể xem timelapse mà chúng tôi đã chia sẻ ở trên để biết chúng tôi đã làm như thế nào nhé!

Bước 7: Mặc công nghệ

Bảng mạch và pin có thể được gắn trên băng đô hoặc kẹp tóc. Ngoài ra, để có một phong cách tinh tế hơn, các bím tóc có thể được làm bằng dây dài hơn ở đầu. Những sợi dây này có thể được luồn bên dưới tóc tự nhiên, mũ, khăn quàng cổ hoặc các đặc điểm khác đến một vị trí khác trên cơ thể như bên dưới áo sơ mi hoặc trên vòng cổ. Bằng cách này, tóc sẽ ít bị chú ý ngay lập tức như một công nghệ có thể mặc được.

Mạch có thể được thu nhỏ lại, với các bản sửa đổi bổ sung và tích hợp chip logic và bluetooth. Một mạch nhỏ hơn như vậy sẽ dễ bị giấu đi trên kẹp tóc trang trí, v.v., tuy nhiên, nguồn điện sẽ vẫn là một vấn đề, vì pin tại thời điểm này chỉ có kích thước quá nhỏ. Tất nhiên, bạn có thể cắm nó vào tường, nhưng sau đó bạn không thể đi xa được.

Bạn có thể thấy một nguyên mẫu siêu sớm đang được mặc trong video trên. (Thêm hình ảnh về các thùng cuối cùng sẽ được thêm vào sau khi có bản demo công khai.)

Bao vây

Bạn sẽ sớm có thể tìm thấy vỏ bọc có thể in 3D cho mạch điện trong github repo của chúng tôi. Điều này có thể được trượt vào băng đô hoặc sửa đổi cho các yếu tố hình thức khác.

Bước 8: Tổng quan về phần mềm

Trong repo github của chúng tôi, bạn sẽ tìm thấy một số bản phác thảo Arduino thể hiện các cách khác nhau để điều khiển tóc.

Phác thảo 1: demo_timing

Đây là bản demo cơ bản về chức năng của ổ đĩa. Tóc bật và tắt trong một khoảng thời gian định sẵn và nhấp nháy đèn LED trên bo mạch khi bật.

Phác thảo 2: demo_captouch

Đây là bản demo của cảm ứng điện dung. Chạm vào tóc sẽ bật đèn LED trên bo mạch. Bạn có thể phải điều chỉnh ngưỡng cảm ứng điện dung tùy thuộc vào môi trường và mạch của bạn.

Phác thảo 3: demo_pcb_bl Bluetooth_with_drive_captouch

Bản trình diễn tích hợp của giao tiếp bluetooth, cảm ứng điện dung và ổ đĩa. Tải xuống ứng dụng Bluefruit LE Connect trên điện thoại thông minh. Mã sẽ gửi tín hiệu bluetooth khi chạm vào bím tóc, in kết quả vào ứng dụng. Nhấn các nút trên bộ điều khiển trong ứng dụng sẽ bắt đầu và dừng hoạt động của các bím tóc. Lưu ý rằng sơ đồ chân được thiết lập cho phiên bản PCB của chúng tôi. Nếu bạn đã kết nối chân INH của bộ ghép kênh với chân kỹ thuật số như trong sơ đồ PCB, bạn có thể phải thêm một dòng trong mã để đẩy chân đó xuống thấp (chúng tôi vừa nối đất).

Mã này cũng bao gồm một phương pháp hiệu chuẩn, được kích hoạt bằng cách gửi một ký tự "c" qua giao diện UART trong ứng dụng.

Hiệu chỉnh cảm ứng điện dung

Bởi vì cảm ứng điện dung nhạy cảm với các yếu tố môi trường như độ ẩm, hoặc có được cắm vào máy tính hay không, mã này sẽ cho phép bạn xác định giá trị ngưỡng thích hợp để cảm ứng điện dung chính xác. Bạn có thể tìm thấy một ví dụ về điều này trong mã demo_pcb_bl Bluetooth_with_drive_captouch. Một lưu ý là điện dung cũng thay đổi theo nhiệt. Chúng tôi vẫn chưa xử lý vấn đề trong đó nhiệt sau khi kích hoạt gây ra trạng thái "chạm".

Giám sát pin

Ví dụ về giám sát pin có trong bản phác thảo demo_pcb_bl Bluetooth_with_drive_captouch. Đèn LED trên bo mạch sẽ sáng khi mức sạc của một pin giảm xuống dưới một ngưỡng nhất định, mặc dù nó không phân biệt giữa pin điều khiển và pin ổ đĩa.

Khóa liên động nhiệt độ (Tắt an toàn)

Theo dõi nhiệt độ của bím tóc cho phép chúng tôi tắt nguồn nếu nó quá nóng. Dữ liệu này được thu thập từ nhiệt điện trở được đan vào bím tóc. Ví dụ về điều này có thể được tìm thấy trong bản phác thảo demo_pcb_bl Bluetooth_with_drive_captouch.

Bước 9: Tải và sửa đổi mã

Chúng tôi sử dụng môi trường Arduino tiêu chuẩn để viết mã cho HairIO và tải nó lên bảng.

Arduino Nano có thể được lấy từ một số nguồn; chúng tôi đã mua những thứ này, yêu cầu phần sụn bổ sung để hoạt động với môi trường Arduino. Bạn có thể làm theo các hướng dẫn sau để thiết lập chúng trên máy của mình. Nếu bạn sử dụng Arduino Nano tiêu chuẩn (tức là những thứ này), bạn không cần thực hiện thêm bước đó.

Khi sửa đổi mã, hãy đảm bảo rằng các chân phần cứng của bạn khớp với mạch của bạn. Nếu bạn thay đổi mã pin, hãy đảm bảo cập nhật mã và thiết kế bảng của bạn.

Điều quan trọng cần lưu ý là thư viện cảm ứng điện dung Illutron mà chúng tôi sử dụng dựa trên một chip phần cứng cụ thể (Atmega328p). Nếu bạn muốn sử dụng một bộ vi điều khiển khác, hãy đảm bảo rằng nó tương thích hoặc bạn sẽ phải sửa đổi mã đó. (Chúng tôi không muốn tham gia vào mức mã thấp đó cho dự án này, vì vậy chúng tôi đánh giá rất cao công việc của Illutron. Đồng bộ hóa với thời gian phần cứng có thể khá rắc rối!)

Bước 10: Thiết kế trong tương lai: Ý tưởng và Hướng dẫn sửa đổi

Đáp ứng nhiệt

Nếu bạn muốn biết thêm về hành vi phản ứng nhiệt của các bím tóc, bạn có thể tìm thấy các mô hình toán học của tóc trong bài báo của chúng tôi. Điểm mấu chốt của chúng là sự thay đổi màu sắc và hình dạng sẽ tác động vào những thời điểm khác nhau và theo những thứ tự khác nhau dựa trên lượng lông cách điện xung quanh dây và lượng điện năng cung cấp (thay đổi tốc độ nóng lên của dây)

Cải tiến mạch:

• Di chuyển mô-đun bluetooth sang bên phải có thể cho phép bạn giảm chiều cao xếp chồng, vì nó sẽ không chạy vào đầu nối USB Arduino. Ngoài ra còn có các bảng Arduino với các mô-đun bluetooth tích hợp (nhưng hầu hết chúng có một chip khác nên việc sử dụng chúng sẽ liên quan đến việc thay đổi mã).
• Dấu chân của đầu nối pin có thể thay đổi tùy thuộc vào loại pin bạn sử dụng.
• Dấu chân của công tắc là chung và có lẽ nên được thay thế bằng dấu chân của thứ bạn muốn sử dụng.
• Bạn có thể muốn PWM mạch điều khiển để điều khiển công suất thông qua bện; để làm như vậy chân tín hiệu biến tần phải được chuyển sang D3 hoặc chân PWM phần cứng khác.
• Nếu bạn đảo ngược các ghép nối bộ ghép kênh (ví dụ: ổ đĩa braid1 và cảm ứng braid2 trên kênh 0 và ổ đĩa braid2 và cảm ứng braid1 trên kênh 1, thay vì cả hai chạm và truyền động cho cùng một bện trên một kênh), bạn sẽ có thể cảm nhận điện dung chạm vào một bím tóc trong khi điều khiển bím tóc kia, thay vì bị ngăn cản thực hiện bất kỳ cảm biến điện dung nào trong khi bất kỳ thứ gì đang lái xe.

• Một số sửa đổi có thể cho phép một pin điều khiển cả logic và ổ đĩa. Một số cân nhắc bao gồm:

  • Điện áp cao (ví dụ: pin LiPo 7,4) sẽ hỗ trợ Arduino thông qua mạch cảm biến điện dung và chân kỹ thuật số. Điều này không tốt cho Arduino về lâu dài. Điều này có thể được khắc phục bằng cách đưa một bóng bán dẫn khác vào giữa mạch cảm ứng điện dung và sợi tóc.
  • Quá nhiều điện năng do tóc hút có thể làm nâu Arduino. Điều này có thể được khắc phục bằng cách PWM đang phát tín hiệu ổ đĩa.

Cải tiến phần mềm

Cảm biến cảm ứng điện dung tần số quét có thể được sử dụng để phát hiện nhiều kiểu chạm, ví dụ: một hoặc hai ngón tay, véo, xoay… Điều này đòi hỏi một sơ đồ phân loại phức tạp hơn so với ngưỡng cơ bản mà chúng tôi trình bày ở đây. Điện dung thay đổi theo nhiệt độ. Cải thiện mã cảm ứng để tính đến điều này sẽ làm cho cảm biến đáng tin cậy hơn

Tất nhiên, nếu bạn tạo một phiên bản HairIO, chúng tôi rất muốn biết về nó

Bước 11: Lưu ý an toàn

HairIO là một nền tảng nghiên cứu và không có nghĩa là một sản phẩm thương mại hoặc sử dụng hàng ngày. Khi tự tạo và đeo HairIO của riêng bạn, vui lòng lưu ý những lưu ý sau:

Nhiệt

Vì HairIO hoạt động bằng cách làm nóng điện trở nên có khả năng quá nhiệt. Nếu nhiệt điện trở bị lỗi hoặc không đủ gần với bện, nó có thể không đọc được nhiệt độ một cách chính xác. Nếu bạn không bao gồm mã ngắt nhiệt độ, nó có thể nóng hơn dự định. Mặc dù chúng tôi chưa bao giờ bị bỏng với HairIO, nhưng đó là một cân nhắc quan trọng.

Ắc quy

Trong HairIO, chúng tôi sử dụng pin LiPo làm nguồn điện. LiPos là công cụ tuyệt vời, vì chúng có thể sạc lại và có thể cung cấp dòng điện cao trong một gói nhỏ. Chúng cũng nên được đối xử cẩn thận; nếu sạc không đúng cách hoặc bị thủng, chúng có thể bốc cháy. Vui lòng xem các tài liệu tham khảo này để tìm hiểu thêm về cách chăm sóc LiPos của bạn: hướng dẫn kỹ lưỡng; thủ thuật nhanh chóng.

Sắc tố nhiệt

Những thứ chúng tôi sử dụng không độc hại, nhưng xin đừng ăn chúng. Đọc hướng dẫn an toàn cho bất cứ thứ gì bạn mua.

Bước 12: Tham khảo và liên kết

Ở đây chúng tôi thu thập các tài liệu tham khảo và liên kết trong Tài liệu hướng dẫn này để dễ dàng truy cập:

HairIO

HairIO: Tóc người làm vật liệu tương tác - Đây là tài liệu học thuật mà HairIO lần đầu tiên được trình bày.

HairIO Github repo - Tại đây bạn sẽ tìm thấy một git repo của tất cả các sơ đồ và mã được sử dụng cho bản trình diễn này, cũng như một số biểu dữ liệu cho các thành phần quan trọng.

Youtube - Xem tóc trong hành động!

Hóa đơn vật liệu cho HairIO PCB

Cảm ứng điện dung

Touché: Tăng cường tương tác cảm ứng trên con người, màn hình, chất lỏng và các đối tượng hàng ngày

Hướng dẫn cho phiên bản Arduino của Touche + Illutron Github repo cho mã Arduino

Bluetooth

Mô-đun Bluetooth

Ứng dụng Bluetooth

An toàn pin LiPo

Hướng dẫn kỹ lưỡng

Mẹo nhanh

Công nghệ liên quan đến tóc khác

Dụng cụ làm tóc, Katia Vega

Fire, The Unseen

Các tác giả

Phòng thí nghiệm Hệ sinh thái lai

Christine Dierk

Molly Nicholas

Sarah Sterman