Quatro lições que um engenheiro adulto pode aprender com brinquedos infantis

Os brinquedos infantis não são apenas para crianças. Dentro de cada brinquedo, há centenas de horas de experiência em engenharia esperando para serem descobertas.

Meus pais me lembram com frequência que nenhum dispositivo eletromecânico fica seguro ao meu redor desde que eu tinha cinco anos. Meu fascínio sempre parece ser montar ou desmontar as coisas. Raramente brinquei com os brinquedos da maneira que os fabricantes pretendiam. Eu quero saber o que está dentro - o que os faz funcionar.

E quando tive a chance de colocar minhas mãos no sistema de aprendizagem modular Crowbits da Elecrow, minha reação foi desmontar os módulos e descobrir seus segredos imediatamente. Não recomendo desmontar os módulos, pois você deve remover os pinos do pogo para remontá-los e eles são difíceis de reinserir sem danos.





Por questão de divulgação jornalística, comprei produtos Elecrow em campanhas anteriores do Kickstarter. No entanto, para este artigo, a empresa forneceu um kit CrowPi complementar que irei atualizar e doar para uma escola local de ensino fundamental ou médio após escrever.

Mesmo que Crowbits seja tecnicamente projetado para inspirar a curiosidade da engenharia em jovens, minha experiência com os kits também me lembrou de quatro lições valiosas que um adulto EE pode aprender com esses brinquedos e outros como eles.

Sobre os kits Crowbits e Makeblock

Antes de pularmos para essas lições, aqui está um pequeno histórico sobre os próprios kits. Crowbits vêm em kits divididos em três níveis de dificuldade:sem programação necessária, programação necessária e aplicação avançada.

Cada um dos três kits contém módulos compatíveis com Lego magneticamente conectados por meio de pinos de pogo e divididos em categorias codificadas por cores por função:

• Azul:módulos de alimentação e lógica
• Amarelo:módulos de entrada
• Verde:módulos de saída
• Laranja:módulos especiais

Você pode usar as peças para fazer tudo, desde um simples sensor de alerta de terremoto que acende um LED quando perturbado até um telefone celular. Você leu certo - um celular!

O kit Crowbits inclui conectores magnéticos pogo pin. Imagem usada cortesia de Elecrow

Esses módulos podem lembrá-lo da linha Makeblock Neuron de módulos snap que abordei há alguns anos. Fiquei tão encantado com as lições de design modular que aprendi com o Neuron que fiz um Sistema de Sensor Super Simples. E já tenho algumas ideias sobre produtos futuros que posso criar usando as lições aprendidas com a experiência da Crowbits.

Os kits Makeblock Neuron. Imagem usada cortesia de Makeblock

Ambos os conjuntos de módulos são programados usando um spinoff da linguagem de programação Scratch do MIT chamada Letscode .

Com esse contexto no lugar, o que um engenheiro praticante pode aprender com os brinquedos dessas crianças?

Lição 1:se funciona e é seguro, encontre uma maneira de torná-lo mais barato

Remova microcontroladores supérfluos

Com base apenas nas aparências, parece que o Makeblock Neuron forneceu alguma inspiração de design para os módulos Crowbits. Neuron de Makeblock tem um recurso que adoro:há precisamente quatro pinos em cada interface e há um microcontrolador em absolutamente todos os módulos. Isso permite que os dados passem por todos os módulos.

Não basta qualquer microcontrolador; Os microcontroladores Makeblock precisam de pelo menos duas e às vezes três linhas USART disponíveis com buffers independentes. Cada microcontrolador lê duas linhas UART, grava duas linhas UART e requer mais um barramento de dados serial disponível para UART / SPI / I2C para se conectar aos sensores no bloco.

Uma representação simples de uma interface de comunicação UART (receptor / transmissor assíncrono universal) básica

Essa não é uma opção particularmente barata. Mas permitiu que os engenheiros criassem o ecossistema Makeblock facilmente. Um bloco pode ser o que quiser, contanto que tenha essas duas linhas seriais entrando e saindo do bloco (um UART à esquerda e um à direita). Mas também aumenta o custo geral do sistema. Afinal, se o bloco for apenas um reostato ou uma chave momentânea, será necessário um microcontrolador? Provavelmente não.

Os engenheiros da Crowbits tomaram algumas decisões de design diferentes e avanços que diminuem o custo do BOM e aumentam a usabilidade dos módulos. Eles ainda têm dados se movendo entre alguns módulos, mas às vezes esses dados são I2C, às vezes é SPI, às vezes é UART e, para muitos módulos, não há nenhum dado - apenas um switch de fornecimento de energia.

Essa decisão diminui significativamente o custo de alguns PCBs às custas do aumento do tempo de design.

Reduza o custo do conector

Notei que Makeblock usou pinos magnéticos (moldados em um único pacote) em seu design. Em contraste, os Crowbits usavam pinos de pula-pula e ímãs que se encaixam em conectores moldados separadamente.

Não sei exatamente a economia de custo aqui, mas vários anos atrás, quando tentei obter os pinos magnéticos usados ​​no design do Makeblock, descobri que custavam aproximadamente US $ 1 por par com quantidade de 1 ku (preço direto da fábrica) . Isso é um pouco, já que pinos de pula-pula e ímãs individuais custam apenas alguns centavos por peça. Conectores externos são alguns dos recursos de projeto mais caros, então imagino que isso diminuiu o custo geral do projeto de uma forma pequena, mas significativa.

Makeblock vs. pogo pins e ímãs Crowbits

Não acho que os Crowbits existiriam sem Makeblock pavimentando o caminho. Agradeço cada decisão de design. Se eu estivesse fazendo esses bloqueios, provavelmente optaria pela escolha de Makeblock porque não acho que tenho a visão de usar a estrutura organizacional do Crowbits; eles passaram muito tempo planejando este projeto.

Lição 2:torne-o ajustável

Engenharia eletrônica é uma profissão desafiadora. Existem tantos requisitos concorrentes para qualquer projeto que é difícil fazer qualquer coisa além de focar na tarefa em mãos. Mas muitas vezes, se dermos um passo para trás, podemos começar a ver o quadro maior.

Crowbits e Makeblock são um produto infinitamente ajustável. Eles podem substituir qualquer um ou todos os seus módulos sem afetar o desempenho do sistema. Se uma peça ficar indisponível por qualquer motivo, eles podem recolocar a placa para aquele módulo por um custo mínimo com novos recursos, e o usuário final não saberia. Eles podem expandir ou reduzir o produto para atender à demanda do mercado.

littleBits é outro kit eletrônico modular que se beneficia de produtos ajustáveis. Imagem usada cortesia de littleBits

O ajuste geral torna esses dois projetos relativamente únicos no espaço da engenharia eletrônica. Com muita frequência, os engenheiros caem na armadilha de projetar soluções totalmente sob medida para seus clientes. De vez em quando, vejo um projeto esquemático hierárquico em que um subsistema específico é organizado de forma um pouco mais limpa do que os outros. Ou notarei um PCB que me permite traçar claramente o caminho do sinal conforme ele se move para dentro e para fora da placa.

Normalmente, esses são os momentos em que um engenheiro reutilizou peças de projetos anteriores. A reutilização do subsistema pode economizar muito tempo e o design modular permite que os membros da equipe se concentrem nos aspectos individuais de um design.

Portanto, da próxima vez que você criar um projeto, pergunte a si mesmo se pode integrar a proteção futura para este design incorporando uma porta de expansão.

• Existem pinos GPIO não usados ​​no microcontrolador ou um barramento de dados USART extra que você pode rotear para a borda da placa para uso posterior?
• Talvez você possa encaminhá-lo para um cabeçalho não preenchido?
• Há espaço suficiente no tabuleiro para colocar em padrões de terreno alternativos, caso a peça não esteja disponível?
• Você pode usar um módulo certificado pela FCC em vez de projetar seu próprio subsistema sem fio?

Lição 3:torne-a à prova de idiotas

Suponha que ninguém lerá seu manual a menos que algo dê errado. As pessoas tiram as coisas da caixa, começam a juntar as peças e a apertar botões. A menos que você projete recursos que impeçam ativamente um usuário de fazer algo que não deveria, você pode esperar que um usuário faça isso.

Tanto Makeblock quanto Elecrow polarizaram seus dispositivos com ímãs e pinos de pogo. É difícil, senão impossível, conectar módulos incorretamente. Módulos acoplados magneticamente irão naturalmente atrair para uma conexão adequada e repelir um relacionamento impróprio.

Faça o que puder - use conectores polarizados, crie conectores com um tom diferente ou código de cor - para garantir que seus usuários não precisem ler o manual para fazer as coisas funcionarem. Isso reduzirá o tempo gasto na solução de problemas de RMA.

Lição 4:Faça pesquisas de mercado

É um bom palpite que, se você tem uma ideia, outro engenheiro em algum lugar do mundo já a teve antes. Antes de começar a gastar seu tempo, suor e sonhos na próxima grande coisa, faça uma pequena pesquisa para determinar se outras pessoas estão dispostas a pagar por suas idéias.

Elecrow criou Crowbits porque viu o sucesso do Neurônio de Makeblock. Eles tinham uma visão um pouco diferente sobre a implementação, mas sabiam que havia um mercado para ela porque ela já estava no mercado.

Makeblock e Elecrow fizeram o que puderam para mitigar o risco, iniciando a produção por meio de uma campanha Kickstarter. Eles não fizeram esses produtos "dentro das especificações". Eles fizeram esses produtos sabendo que havia um mercado para eles.

Se você faz designs para um cliente, sabe que será pago. Mas se você faz coisas para um cliente desconhecido em algum lugar do mundo, pode acabar perdendo muito tempo valioso, dinheiro e saúde mental. Faça o que puder para aprender com os sucessos ou fracassos de outras pessoas e desenvolver suas ideias.

Resumo

Barbies não são apenas para meninas, caminhões de bombeiros não são apenas para meninos e os brinquedos infantis não são apenas para crianças. Dentro de cada brinquedo, há centenas de horas de experiência em engenharia esperando para serem descobertas. Portanto, da próxima vez que você vir uma campanha emocionante no Kickstarter ou um novo produto chegar à sua caixa de entrada, abra-o e explore-o antes de dá-lo a seu sobrinho ou a uma escola local.