Inseto eletromecânico ou oscilador oscilante: 9 etapas (com fotos)

2025 Autor: John Day | [email protected]. Última modificação: 2025-01-23 15:03

Introdução

Acompanho o desenvolvimento da robótica há cerca de 10 anos e minha formação é Biologia e Videografia. Esses interesses orbitaram minha paixão subjacente, a entomologia (o estudo dos insetos). Os insetos são um grande negócio em muitas indústrias e têm sido a fonte de muita inspiração. Felizmente, a biologia e os insetos estão ganhando influência na robótica por meio da biomimética e da biologia sintética. Estou especialmente entusiasmado com o progresso dos inseticidas. A CIA criou um insetotóptero voador já na década de 1970 e os insetos continuarão a desempenhar um papel importante em influenciar como os problemas em robótica são resolvidos. Quero compartilhar um método artístico de construção de sua própria escultura eletromecânica de inseto.

Uma embarcação que se concentrou fortemente nas propriedades dos insetos é a arte de amarrar moscas. Fly Tying é um método de criação de iscas para pesca com mosca. Este ofício emprega uma paleta diversificada de materiais e ferramentas e requer atenção cuidadosa aos detalhes, enquanto depende fortemente da técnica adequada para concluir belos designs.

Eu não fiquei muito animado com a impressão 3D ou Microcontroladores. Estou fazendo esforços para produzir criaturas eletromecânicas que não usam nenhuma dessas tecnologias. Parece que não importa qual sensor ou expressão mecânica você queira explorar, tudo tem que ser alimentado por um microcontrolador. Vamos voltar um pouco e fazer do nosso cérebro um oscilador!

Portanto, o que proponho a você é que usamos ferramentas, materiais e técnicas de amarração de moscas como base para criar um inseto eletromecânico bonito, leve e único. Esperançosamente, esta escultura cinética semelhante a um feixe irá inspirar seus amigos e familiares a apreciar os insetos e o artesanato.

Etapa 1: projetando seu oscilador

Existem muitos circuitos osciladores para escolher online. Depois de examinar uma variedade, achei que o mais fácil e mais "orgânico" era o Multivibrador Astable. Este circuito pode ser criado com resistores simétricos ou assimétricos, resultando em larguras de pulso ligeiramente diferentes, dependendo de qual "lado" do circuito você está tirando sua saída.

Os componentes para este circuito que escolhi são:

Qtd: Item:

x1 2N4403 transistor pnp

x1 2N3905 transistor pnp (espelhado pin out)

resistores x2 330 Ω

x2 resistores de 22k Ω

x2 capacitores de 16 V 4,7 μF

x2 Resistores Dependentes de Luz (LDR) na faixa de 0 - 30k Ω

x1 2N4920 transistor pnp (lida com 1 amp)

x1 8+ Ω Bobina do alto-falante

x1 Chave de palheta pequena não magnética, não incluída

Eu quero um tempo RC baixo e capacitores pequenos, então escolhi resistores de 22k Ω com capacitores bipolares de 4,7 μF 16V. Isso resulta em uma frequência de oscilação de aproximadamente 2 a 5 Hz.

Eu também quero que o circuito seja afetado pelo ambiente, então eu coloquei resistores dependentes de luz (LDR) em série com os resistores de 22k. O switch é um pequeno switch reed retirado de um circuito de flash de câmera descartável. Usaremos essa chave como bigodes sensíveis no abdômen.

Etapa 2: Comece a soldar

Usando esses componentes, você precisará de várias ferramentas para soldá-los juntos. Não vamos usar um perfboard.

Pegue dois tornos, um para segurar seus componentes e outro para segurar seu ferro de solda.

Além disso, certifique-se de ter um alicate, alicate e um modelo do circuito como referência. Fiz um protótipo de uma segunda versão do circuito para ter certeza de sempre saber quais partes dos componentes se conectam a onde.

Dobre os cabos dos dois transistores de modo que o coletor dobre para o lado e a base dobre para o meio. Como o 2N4403 e o 2N3905 (representado como BC557) têm pinos diferentes, preste muita atenção onde estão a base e o coletor. Dois dos mesmos transistores pnp poderiam ser usados, mas eu gosto da qualidade quiral do pino espelhado. Afinal, isso é arte.

Dobre os cabos do capacitor em ângulos retos.

Corte os fios em curto nos capacitores e na base do transistor e nos coletores.

Agora coloque o transistor em seu torno e leve o ferro de solda para o cabo desejado para soldar. Isso libera as duas mãos para colocar o capacitor e a solda e conectá-los.

Repita esta etapa para que a base e os coletores de cada transistor se conectem a cada capacitor.

É interessante notar que o torno pode realmente atuar como um dissipador de calor para os transistores e a arquitetura de seu trabalho de solda final torna essa estrutura surpreendentemente forte.

Etapa 3: soldar os resistores

Dobre e corte os cabos dos resistores como mostrado acima.

Coloque o resistor de 330 Ω na morsa e solde nossa unidade de transistor capacitor ao resistor. Siga o esquema, este resistor deve ser conectado onde está o coletor do transistor.

Repita com o segundo resistor de 330 Ω.

Coloque o LDR no torno e solde nosso circuito de crescimento nele. Solda na base do transistor.

Repita com o segundo LDR.

Corte os cabos longos do LDR em direção ao centro.

Solde os resistores de 22k Ω aos condutores do LDR de forma que os resistores fiquem em série.

Cada um dos quatro resistores deve ter fios abertos apontando para o centro do nosso circuito (como na foto).

Dobre os cabos desses resistores em direção aos seus vizinhos, corte-os e solde todos eles juntos. Este pacote de resistores agora faz parte do nosso trilho de aterramento.

Etapa 4: Fios de solda e Power PNP

Esta unidade de capacitores, transistores e resistores é nosso oscilador multivibrador astável. É efetivamente nosso cérebro para o inseto. Os LDRs funcionam como olhos e irão modificar ligeiramente a frequência e a largura de pulso do nosso oscilador. Este circuito sozinho não pode alimentar a bobina do alto-falante, então vamos conectá-lo ao Q3, nosso transistor de potência (BD140 ou 2N4920).

Solde o fio positivo do trilho para o emissor de Q1.

Solde o fio do trilho de aterramento ao feixe do resistor.

Solde um terceiro fio para o emissor de Q2 (mostrado em laranja).

Solde este terceiro fio à base do Q3, o transistor pnp de potência (2N4920).

Desencape o fio positivo do trilho cerca de 1 1/2 polegadas para baixo e solde ao emissor de Q3.

Neste ponto, gosto de fazer uma pausa na soldagem e aplicar uma camada generosa de esmalte de unha transparente no circuito. Isso ajudará a evitar curtos se o circuito for dobrado ou esmagado e dará a ele alguma proteção contra intempéries. Sinta-se à vontade para aplicar várias demãos.

Certifique-se de que não causou curto-circuito em qualquer lugar. Teste o circuito para se certificar de que ainda está funcionando, ligando o fio vermelho com + 9V, aterrando o fio preto ou marrom e prendendo o coletor de Q3. Eu uso uma pequena lâmpada de 5 V ou um alto-falante sobressalente. Como o Q3 só pode lidar com cerca de 1 amp, não aqueça demais este transistor com muita potência e pouca resistência. Faça seus cálculos (I = V / R) assumindo a corrente DC. Em teoria, a corrente média é a metade da corrente DC na tensão ferroviária devido ao efeito de pulsação, mas isso nos ajudará a deixar espaço para erros.

Etapa 5: corte a bobina de voz e a solda

Pegue um alto-falante pequeno e barato com bobina de voz funcional e corte-o. Comece cortando ao redor da borda do cone do alto-falante e certifique-se de não cortar os conectores de fio de ouropel embaixo.

Prenda ou dessoldar os conectores de fio de ouropel das abas da cesta.

Corte a suspensão da malha logo acima do ímã permanente.

Remova a bobina de voz e apare o excesso de papel e malha. Certifique-se de deixar os conectores de fio de ouropel o maior tempo possível.

Estanho as pontas dos conectores de fio de ouropel e solde um ao coletor de Q3.

Solde o outro conector a um fio de extensão.

Retire o centro deste novo fio e solde-o ao trilho de aterramento.

Etapa 6: Projete as asas

Imprimi padrões de asas de cranefly na transparência.

Você também pode desenhar as asas usando canetas e agulhas em acetato.

Divirta-se colorindo as asas e tornando-as únicas e interessantes.

Coloque sua folha de acetato em uma revista velha e pressione nas veias com um furador. Alterne frente e verso para criar vincos côncavos e convexos no acetato. Isso não só aumenta a ilusão de asas de inseto reais, mas também as fortalece.

Corte as asas, mas deixe-as como um par! Deixe um pouco de material extra no centro para que nossa bobina de voz tenha mais material para empurrar.

Etapa 7: amarre as asas ao monofilamento

Para começar a amarrar, você precisará de cerca de 35 lb de monofilamento, nosso torno de antes, tesouras, asas, linha e uma bobina de amarração. * Correção sugerida: use monofilamento mais pesado ou fio fino para esses suportes de asa. O modelo retratado e construído perde eficiência mecânica quando o monofilamento se curva para fora durante a descida.

Corte duas peças de 12 centímetros de comprimento e coloque uma peça no torno. Amarre frouxamente as asas ao monofilamento em um padrão de oito.

Repita com um segundo pedaço de monofilamento e a outra asa.

Adicionei um pouco de cola nos nós de cada peça para aumentar a segurança. Certifique-se de que a cola não obstrua a capacidade das asas de bater. Supõe-se que ela atue como uma dobradiça e o monofilamento é nosso ponto de apoio.

Etapa 8: construir o tórax e a cabeça

Tudo se junta de uma vez durante esta fase.

Pegue um pedaço de três polegadas de monofilamento de 100 lb. ou tubo rígido e amarre a linha no comprimento dele.

Pegue pedaços de sete polegadas de arame floral e amarre cada um no centro ao longo do comprimento de nossa estrutura corporal. Estas serão nossas pernas.

Amarre as peças traseiras do monofilamento menor de nossa unidade de asa logo atrás das pernas traseiras, deixando espaço para reajustar seu comprimento mais tarde.

Encontre um pino magnético como o da foto. Isso manterá nosso ímã de neodímio permanente no lugar.

Amarre o circuito que construímos nas pernas / corpo.

Amarre o pino magnético no corpo atrás da cabeça, mas na frente do Q3.

Amarre duas pequenas penas de penugem no corpo, logo atrás da cabeça, para que fiquem para fora como antenas (isso é puramente estético).

Traga as peças da frente do monofilamento menor da unidade da asa para frente e amarre-as no corpo perto da cabeça. Puxe cada peça para certificar-se de que as asas estão centralizadas e sobem acima do ímã.

Corte o tubo de papel da bobina de voz em direção ao centro para que possamos deslizar o acetato das asas dentro dele. Toda essa estrutura deve pairar acima do pino onde nosso ímã irá, de modo que quando a corrente passar pela bobina, a força magnética puxa as asas para baixo e as pontas das asas batem para cima.

Etapa 9: construir o abdômen

Amarre a chave de palheta na parte de trás do corpo. Esta será a ponta do abdômen, onde nossos sensíveis bigodes estarão. Prenda nosso trilho de aterramento a uma perna do interruptor de palheta.

Solde um segundo pedaço de arame na outra perna da chave de palheta.

Enrole o fio positivo do trilho para criar uma grande área de superfície para a bateria.

Enrole o novo pedaço curto de fio conectado ao interruptor para tocar o lado negativo ou 0 V da bateria.

Amarre uma pequena bateria de 12 V no abdômen e prenda os cabos da bateria para ter uma conexão sólida. Tive que adicionar alguns pedaços de monofilamento pesado ao abdômen para evitar que a bateria capotasse para o lado oposto do abdômen quando eu a amarrei.

Faça um teste! As asas se movem em direção ao ímã? Certifique-se de que a polaridade do ímã está correta, seguindo a regra da mão direita da corrente eletromagnética e usando uma bússola analógica para estabelecer a polaridade do seu ímã permanente. Se você construiu o circuito como descrevi, a corrente está fluindo do coletor de Q3, através da bobina e em direção ao trilho de aterramento ou lado 0 V da bateria.

Para finalizar, dobre as pernas de arame floral para ficarem com a aparência de um inseto que você quiser! Experimente um pouco de cola onde as pernas encontram o corpo, se forem muito frágeis. Aproveitar!

Por favor, deixe-me saber se você tem alguma dúvida. Este é definitivamente um projeto meticuloso. Um pequeno elástico entre os terminais da bateria pode ajudar a mantê-los no lugar.

Boa sorte!

Primeiro prêmio no concurso de tecnologia