Мы очень рады видеть Цзе Ци на MAKE в рамках нашего месяца продвинутых материалов (который продлен до 6 февраля). Ее биография настолько впечатляющая, что я решил опубликовать ее целиком:
Я родился в Китае и переехал в США, когда мне было 6 лет. Перенесемся в колледж Колумбийского университета. Я начал изучать доврачебную/биомедицинскую инженерию и провел семестр и лето, занимаясь исследованиями в области тканевой инженерии в группе MBL. Тем же летом я прошел стажировку в Бруклине по созданию скульптур из бутылок для Авроры Робсон, благодаря чему снова влюбился в искусство. Поэтому я сменил специальность на машиностроение (потому что у них есть доступ к механическому цеху!) и открыл для себя новое медиа-искусство. На этом этапе я вместе с Аей Бдейр начал работу над проектом LittleBits и научился проектировать и собирать электронику. Она познакомила меня с Медиа-лабораторией, и я сразу влюбился в это место. Так я попал на летнюю стажировку в группу Лии Бьюкли. Тем летом я открыл для себя Arduino и радости бумаги и электроники. Вернувшись в Колумбию на последний год обучения, я продолжил работу над LittleBits и провел семестр, пытаясь создать микромасштабные произведения искусства с использованием фотолитографии и микрофлюидики в исследовательской группе LMTP. Оказывается, очень сложно создавать искусство, когда его не видишь! После окончания университета (со степенью бакалавра в области машиностроения) я сразу пришел в Медиа-лабораторию и поступил в магистратуру в группу «Высокие-низкие технологии». Я все еще здесь, учусь на втором курсе и учусь тоннам каждый день!
Джи подготовил для нас это замечательное введение в сплав с памятью формы (SMA). Спасибо, Джи! Здорово, что ты на борту. -Гарет
Вы, вероятно, слышали о сплавах с памятью формы (SMA), металлах, которые меняют форму при нагревании до температуры активации. В остывшем состоянии они пластичны и могут принимать форму обычного металла. Однако при нагревании до активации они возвращаются к заданной форме. На атомном уровне кристаллическая структура СПМА меняется под воздействием тепла от одной регулярной структуры к другой. Однако, хотя все металлы меняют форму под воздействием тепла (т.е. плавятся), SMA меняют форму все в твердой фазе, и это изменение обратимо. Например:
Наиболее часто используемым СМА является нитинол (никель-титан). На коммерческой основе он может поставляться в неустановленной форме, то есть у него еще нет «памяти», а также в предварительно обученных формах, таких как мышечная проволока, которая сжимается при нагревании (отсюда и название).
Поскольку SMA бесшумны, легче традиционных приводов и могут быть настроены на создание многих видов движения, с ними можно делать массу интересных вещей, которых трудно достичь с другими приводами. Марсело Коэльо экспериментировал с сочетанием нитинола, изготовленного по индивидуальному заказу, с текстилем для создания динамичной моды, а также адаптивных и мягких интерфейсов, таких как Shutters Project:
Hylozoic Soil, скульптурная инсталляция Филипа Бисли, использует мышечную проволоку для приведения в действие частей этой «живой» архитектуры.
Еще одна волшебная скульптура - проект «Роботани» Джилл Коффин, Джона Тейлора и Дэниела Бауэна, в котором ветви живого дерева раскачиваются, когда кто-то проходит мимо. Поскольку провод SMA абсолютно бесшумен и скрыт, кажется, что дерево движется под действием виртуального ветерка.
В своих проектах я обнаружил, что провода SMA идеально подходят для приведения в действие бумаги, которые достаточно жесткие, чтобы удерживать интересные структуры, но достаточно мягкие и легкие, чтобы их можно было перемещать с помощью крошечных проводов SMA. Некоторые примеры:
Всплывающая страница ловушки для венеринских мух:
Анимированные лозы:
Самоскладывающаяся бумага ввода-вывода:
Праймер для SMA
Если вы используете SMA впервые, я рекомендую начать с мышечной проволоки Flexinol (которая доступна в Robotshop или непосредственно у Dynalloy). Он надежен и достаточно прост в подключении к цепи. Когда вы пропускаете ток, сопротивление провода заставляет его нагреваться, и провод сжимается примерно на 10% от своей первоначальной длины. Поскольку вокруг провода имеется слой окисления, припаять непосредственно к самому проводу нельзя. Чтобы прикрепить гибкую проволоку к цепи, просто согните конец проволоки в форме буквы «U» и используйте ювелирную обжимную бусину вокруг концов. Обжимной шарик механически удерживает провод, а также позволяет спаивать концы для создания надежных электронных соединений.
Самое сложное в использовании мышечной проволоки - это контролировать силу тока, проходящего через проволоку. Вы хотите дать ему достаточный ток для драматического эффекта, но не такой большой ток, чтобы провод перегорел (и перестал сжиматься). Проволока из флексинола имеет постоянное сопротивление по длине и оптимальный ток, как указано в технических характеристиках флексинола.
Один простой метод - посмотреть целевой ток из таблицы данных, а затем использовать закон Ома (напряжение=ток x сопротивление), чтобы рассчитать длину провода, необходимую для поддержания этого значения тока в зависимости от мощности. запас у вас есть. Поскольку для этих проводов обычно требуются сотни миллиампер, я рекомендую приобрести мощную литий-ионную батарею или использовать настенный источник питания. Например, если бы я использовал провод диаметром 0,006 дюйма, для которого требуется ток 0,400 А, и у меня был источник питания 5 В, мне потребовалось бы общее сопротивление 5/0,4=12,5 Ом. Поскольку сопротивление этого конкретного провода составляет 1,3 Ом/дюйм, мне понадобится 12,5/1,3=9,5 дюйма.
В общем, всегда проверяйте свой механизм на малой мощности и включайте провод через короткие промежутки времени. Если вы видите рывки, скорее всего, провод получил слишком большую мощность и мог фактически перегореть. Если у вас есть Arduino, вы можете подключить провод с помощью транзистора и ШИМ-питания. Начните с низкого рабочего цикла и постепенно увеличивайте его, пока не получите достаточно сильное движение. Обратите внимание: как только металл получит достаточно энергии для изменения формы, добавление большей силы не сделает движение более драматичным, а только заставит форму меняться быстрее.
Теперь, когда у вас есть базовая электроника, вот несколько простых механизмов, которые вы можете использовать, чтобы добиться различных движений от вашего провода. Одним из самых впечатляющих механизмов является механизм скручивания, при котором нитинол просто пришивается к бумаге. В этом случае, когда проволока сжимается, бумага должна скручиваться вокруг нее, чтобы компенсировать меньшую длину проволоки.
Чтобы сделать самоскладывающийся клапан, закрепите концы проволоки на основной стороне складки и прикрепите центр проволоки очень близко к складке на клапане. Этот механизм использует проволоку как мышцу, которая тянет створку.
Добавив простые складки, вы можете полностью изменить механизм. Например, для перехода от скручивания к взмаху требуется всего пара изогнутых складок с каждой стороны механизма скручивания.
Вы можете добавить дополнительные клапаны к механизму складывания, чтобы получился параллелограмм, благодаря которому поверхности поднимаются над страницей.
Что касается этих и других механизмов, ознакомьтесь с проектами недавнего семинара по бумажной электронике
Если вы ищете простой проект для начинающих, попробуйте это руководство по созданию машущего журавля-оригами.
Счастливого творчества!