จอแสดงผลเบรลล์แบบรีเฟรชได้ราคาถูกที่ใช้ล้อ
(jacquesmattheij.com)- เนื่องจากจอแสดงผลเบรลล์แบบรีเฟรชได้ที่มีอยู่เดิมมีราคาและการเข้าถึงเป็นอุปสรรคใหญ่ Jacques Mattheij และ Mahmoud Al-Qudsi จึงทดลอง โครงสร้างต้นทุนต่ำที่ใช้ล้อ ในฐานะการพิสูจน์แนวคิด
- ความยากหลักของการออกแบบอยู่ที่การใส่กลไกขับเคลื่อนขนาดเล็กให้ทำงานได้เสถียรภายในมาตรฐานเบรลล์ เช่น เส้นผ่านศูนย์กลางจุด 1.6mm, ระยะห่างระหว่างจุด 2.5mm, ความกว้างเซลล์ 7.6mm
- ผ่านแนวทางพินแบบคลิกปากกาลูกลื่น, แคมแบบมาตรวัดระยะทาง และล้อขนาดเล็ก 3 บิต จนยืนยันความเป็นไปได้ในการทำงานของล้ออักขระขนาดใหญ่ที่บรรจุ ชุดอักขระเบรลล์ 6 จุด 64 แบบ ไว้ในล้อเดียว
- ทดลองตามลำดับทั้งแม่เหล็กถาวร, คอยล์รีเลย์, H-bridge, สเต็ปเปอร์ 3 เฟส และโครงสร้างคอยล์ภายใน โดยต้นแบบสุดท้ายสามารถทำได้ทั้งสเต็ปช้าและสเต็ปเร็ว และไปถึงสภาพที่ เงียบและมีแรงบิดเพียงพอ
- ยังไม่ใช่ผลิตภัณฑ์ แต่เป็นขั้น พิสูจน์แนวคิด และการทำให้เป็นผลิตภัณฑ์จริงยังเหลืองานด้านความสามารถในการผลิต, วัสดุ, การออกแบบแม่เหล็กไฟฟ้า, การลดต้นทุน, อายุการใช้งาน, ความสามารถในการซ่อมบำรุง และการปรับการใช้พลังงานให้เหมาะสม
เหตุผลที่จอแสดงผลเบรลล์ราคาถูกทำได้ยาก
- Mahmoud Al-Qudsi พัฒนาเครื่องอ่านเบรลล์ที่ราคาถูกและสร้างง่ายมาเป็นระยะ และเคยจดสิทธิบัตรอุปกรณ์ที่ใช้ ล้อแปดเหลี่ยมซึ่งมีโค้ด 8 แบบ
- จุดตั้งต้นคือข้อเท็จจริงที่ว่า แม้อยู่ในยุคที่อุปกรณ์ความแม่นยำสูงสำหรับการผลิตจำนวนมากมีราคาถูกมากแล้ว แต่ แทบไม่มีเครื่องอ่านเบรลล์ราคาถูก
- อุปกรณ์มีราคาแพง เปราะบาง และหาซื้อได้ยาก
- ผู้พิการทางสายตาทั่วโลกมีประมาณ 40 ล้านคน และการเข้าถึงเครื่องอ่านยังจำกัด ไม่เพียงในประเทศกำลังพัฒนา แต่รวมถึงประเทศพัฒนาแล้วด้วย
- เบรลล์ถูกกำหนดจากรูปแบบที่อ่านด้วยนิ้วได้ง่าย มากกว่าความสะดวกในการนำไปทำเป็นเทคโนโลยี จึงเกิด โจทย์เชิงกลไก ที่ต้องขยับชิ้นส่วนเครื่องกลขนาดเล็กมากอย่างแม่นยำในการทำจอแสดงผล
- ขนาดตามมาตรฐานที่ระบุไว้มีดังนี้
- เส้นผ่านศูนย์กลางจุด: 1.6mm
- ระยะห่างระหว่างจุด: 2.5mm
- ความกว้างเซลล์: 7.6mm
- ความสูงบรรทัด: 10mm
- แม้แต่จอแสดงผล 40 เซลล์ 8 จุดที่ถูกที่สุดก็อยู่ที่ประมาณ 700 ดอลลาร์ หรือประมาณ 2 ดอลลาร์ต่อจุด และผลิตภัณฑ์ส่วนใหญ่แพงกว่านั้นมาก
- ตั้งเป้าราคาไว้ที่ 5 ดอลลาร์ต่อเซลล์ โดยกำหนดให้วัสดุต้นทุนต่ำ การลดเครื่องมือพิเศษให้น้อยที่สุด และการผลิตที่ง่าย เป็นเงื่อนไขสำคัญ
ตลาดเดิมและเกณฑ์การออกแบบ
- อุปกรณ์เดิมจำนวนมากออกแบบโดยให้ความสำคัญกับการใช้งานและความทนทานมากกว่าราคา และบางผลิตภัณฑ์ที่เคยมีเป้าราคา ก็มีราคาจริงสูงกว่าเป้าหมายมาก
- บทความภาพรวมของ American Foundation for the Blind อ้างราคาอุปกรณ์ไว้ที่ 3,500~15,000 ดอลลาร์ แต่เห็นว่าแปลกที่ไม่มี Orbit 20 ซึ่งมีราคาที่แข่งขันได้
- ผลิตภัณฑ์ตัวอย่างพร้อมราคาและคุณลักษณะ
- Orbit 20: ขนาด 17×11×3cm ถูกกล่าวถึงว่าเป็นราคาที่แข่งขันได้
- Brailliant BI 40X: ถูกกล่าวถึงว่าเป็น “Gold Standard” และมีราคาประมาณ 3,500 ยูโร
- Canute: 1,900 ปอนด์ ราคาถูกมากเมื่อเทียบกับจำนวนเซลล์ แต่เสียงดังมากและช้ามาก
- เสริมว่าในภายหลัง Canute ดูเหมือนจะใช้ล้อของ Mahmoud
- หากคิดราคา Orbit 20 ต่อเซลล์ที่ 35 ดอลลาร์ อุปกรณ์ระดับ 80×25 ซึ่งเทียบได้กับเทอร์มินัลข้อความยุค 1980 จะอยู่ที่ประมาณ 70,000 ดอลลาร์
- ช่วงราคาต่อเซลล์มีตั้งแต่ต่ำสุดอย่าง Canute ที่ 7 ดอลลาร์ ไปจนถึงระดับสูงประมาณ 100 ดอลลาร์
- เงื่อนไขสำคัญสำหรับ MVP มีดังนี้
- ความปลอดภัย ที่นิ้ว เส้นผม เสื้อผ้า และเครื่องประดับจะไม่ตกอยู่ในอันตราย
- เสียงรบกวนต่ำ น้ำหนักเบา ใช้งานได้นานโดยไม่ต้องต่อไฟ รองรับซอฟต์แวร์และกรณีใช้งานมาตรฐาน
- คุณภาพอักขระ ที่ความสูง ระยะห่าง และการจัดแนวจุดสม่ำเสมอ และจุดไม่ขยับเมื่อสัมผัส
- อายุการใช้งานยาวนาน จำนวนชิ้นส่วนที่เคลื่อนที่ต่ำ กันน้ำและกันฝุ่น ซ่อมง่าย
- จ่ายไฟผ่าน USB-C ใช้พลังงานต่ำ ความเร็วอัปเดตประมาณ 0.5Hz
- สิ่งที่จะไม่ประนีประนอมคือ คุณภาพอักขระ, ระยะห่างระหว่างอักขระ, การแสดงอักขระที่ถูกต้อง, ชุด 6 บิตเต็มรูปแบบ และระดับเสียงรบกวน
จากไอเดียเชิงกลไกสู่ล้ออักขระเต็มรูปแบบ
- การทดลองแรกคือใช้ กลไกแบบคลิกปากกาลูกลื่น สำหรับแต่ละจุด
- ข้อดี: ราคาถูก ล็อกได้ และหลังล็อกแล้วไม่ใช้พลังงาน
- ข้อเสีย: เสียงดัง ขนาดใหญ่ ยากที่จะใส่ในระยะห่างจุด 2.5mm และมีจำนวนชิ้นส่วนมาก
- ทดสอบด้วยปากกาแบบยืดหดราคาถูก 6 ด้ามที่สเกล 4:1 แต่พบปัญหาการย่อขนาดและอายุการใช้งาน จึงพักไว้ก่อน
- แนวทางที่สองคือวางล้อเรียงกันเหมือนมาตรวัดระยะทางแบบกลไกของรถยนต์ และแสดงเบรลล์ด้วยแคมหรือด้วยตัวจุดเอง
- วิธีแคมกับพินสปริงมีแนวโน้มจะแพง เพราะการสึกหรอและการอัดแน่นของชิ้นส่วนความแม่นยำสูง
- หากวางจุดไว้บนผิวล้อโดยตรง ก็ไม่ต้องใช้ก้านดัน สไลด์ และพินแยกต่างหาก จึงลดจำนวนชิ้นส่วนได้
- ในการทดลองล้อ 3 บิต ได้ลองวิธีวางชุดรูปแบบที่เป็นไปได้ซ้อนทับกันบนล้อเดียวเพื่อลดปริมาณการหมุน
- หากวางชุดจุด 3 จุดทั้ง 8 รูปแบบแยกคนละหน้า จะต้องหมุนเต็ม 360 องศา
- หากวางชุดรูปแบบให้ซ้อนกัน ก็สามารถใส่แพตเทิร์นทั้งหมดในช่วง 120 องศาได้ และต้องขยับสูงสุดเพียง 1/6 รอบ เพื่อไปยังแพตเทิร์นที่ต้องการ
- ในการทดลองล้อที่บางลง ลดความกว้างล้อเหลือ 2.6mm และปรับระยะห่างจุดให้ใกล้มาตรฐาน
- แต่ที่สเกล 1:1 ความละเอียดไม่พอถึงขั้นที่แม้แต่มองด้วยตาก็ยังแยกจุดได้ยาก
- หลังจากนั้นการออกแบบเปลี่ยนไปเป็นวิธีใส่ชุดอักขระเบรลล์ 6 จุดทั้งหมด 64 แบบ ไว้ในล้อเดียว
- หากใช้ระยะห่างจุดต่ำสุด 2.3mm และเส้นผ่านศูนย์กลางจุด 1.5mm ความยาวเชิงเส้นที่ต้องใช้สำหรับ 64 ตำแหน่งคือ 147mm
- จากการคำนวณนี้ เส้นผ่านศูนย์กลางล้อจะอยู่ที่ประมาณ 46mm
- ข้อดีคือปัญหาการขับเคลื่อนง่ายขึ้น เพียงทำ index ล้อให้หมุนไปยังตำแหน่งที่ต้องการก็จบ
- ข้อเสียคือระยะห่างบรรทัดและขนาดอุปกรณ์โดยรวมใหญ่ขึ้น
- เมื่อใช้ล้อ 46mm หน้าจอแบบบรรทัด 80×10 จะกว้างประมาณ 61cm สูง 46cm และแบบ 40×10 จะใกล้เคียงพื้นที่ของแล็ปท็อปขนาดใหญ่
วิวัฒนาการของการทดลองขับเคลื่อนด้วยแม่เหล็กไฟฟ้า
- ท้ายที่สุด ล้ออักขระเต็มรูปแบบยังเหลือปัญหาหลักคือ ระบบขับเคลื่อนและโครงสร้างล็อก
- วิธีใช้เฟือง เฟืองตัวหนอน มอเตอร์ คลัตช์ และแคริจ มีปัญหาเรื่องต้นทุน การสึกหรอ เสียงรบกวน และจุดล้มเหลวเดี่ยว
- เนื่องจากหากตำแหน่งอักขระคลาดเคลื่อนเพียงเล็กน้อยก็อาจอ่านผิดได้ จึงตัดสินว่าระยะฟรีในระบบขับเคลื่อนควรถูกมองว่าเป็นความล้มเหลวของแนวคิด
- แนวคิดการใช้ล้อเหมือนโรเตอร์ของสเต็ปเปอร์ดำเนินต่อไป
- ช่วงแรกทดลองการทำงานแบบครึ่งสเต็ป 32 สเต็ป/รอบ ด้วยคอยล์ 4 ตัวและแม่เหล็ก 8 ตัว
- แม้เป็นร่างแรกก็ทำงานได้ และในโหมดครึ่งสเต็ปแสดงให้เห็นได้ถึง 200 สเต็ปต่อวินาที หรือประมาณ 3.5 รอบ/วินาที
- เนื่องจากอักขระที่ต้องการอยู่ภายในครึ่งรอบเสมอ เวลาอัปเดตจึงคำนวณได้ประมาณ 1/7 วินาที
- เวอร์ชันที่แม่นยำขึ้นซึ่งใช้แม่เหล็ก 16 ตัว ในตอนแรกไม่ทำงาน แต่หลังจากพบปัญหาสายกราวด์ของคอยล์หนึ่งตัวขาดอยู่ภายใน ก็ทำงานได้
- การวางแม่เหล็กแบบรัศมีทำงานได้ดีกว่าเล็กน้อย เริ่มต้นได้ที่แรงดันต่ำ และเข้าสู่สภาวะเสถียรเร็วกว่า
- อุปกรณ์เงียบมาก ถึงขั้นแทบไม่ได้ยินแม้เอาหูเข้าไปใกล้
- ในโครงสร้างแม่เหล็กและคอยล์ ช่องว่างอากาศ (airgap) กลายเป็นประเด็นสำคัญซ้ำ ๆ
- หากช่องว่างอากาศใหญ่ใกล้เคียงกับความหนาของแม่เหล็ก สนามแม่เหล็กส่วนใหญ่จะรั่วออกไป
- เมื่อเจียรปลายโบลต์ให้เข้าใกล้แม่เหล็กมากขึ้น ความแตกต่างของแรงบิดเพิ่มขึ้นอย่างมาก และได้ 700 สเต็ป/วินาทีที่ 7V·0.6A, 1000 สเต็ป/วินาทีที่ 8V·0.7A
- มีการทดลองวิธีสเต็ปเปอร์ 3 เฟสด้วย
- ใช้ L293 ทำวงจรขับ 3 เฟส และล้อแม่เหล็ก 16 ตัวมีแรงบิดเพิ่มขึ้นจากเดิม เร่งได้ราบรื่นกว่า และใช้เอาต์พุตของคอนโทรลเลอร์เพียง 3 บิต
- เริ่มหมุนได้แม้แรงดันคอยล์ 3V ซึ่งต่ำกว่าวิธีขับ 4 คอยล์ก่อนหน้าที่ 5.5~6V
- มีการทดลองแม่เหล็กนีโอไดเมียมขนาด 2×1mm จำนวน 250 ตัว ด้วย
- แม่เหล็กหนึ่งตัวคาดว่าหนักประมาณ 0.2g และยก 35g ได้ง่าย หรือประมาณ 175 เท่า ของน้ำหนักตัวเอง
- แต่เพราะมีขนาดเล็กเกินไป การประกอบและการตรวจขั้วจึงยากมาก และขั้นตอนใส่แม่เหล็ก 64 ตัวลงในล้อด้วยมือมีโอกาสผิดพลาดและความยากสูง
- จุดเปลี่ยนใหญ่ครั้งสุดท้ายคือโครงสร้างที่ย้ายคอยล์เข้าไปไว้ด้านในล้อ
- ออกแบบให้คอยล์ภายในและชิ้นส่วนสเตเตอร์ที่ซับซ้อนใช้ประโยชน์จากแม่เหล็กได้ประมาณ 90%
- เวอร์ชันคอยล์ภายในแรกถูกนำไปทำใหม่หลังผ่านปัญหาคำนวณมุมผิดและโบลต์ยื่นออกมา
- หลังทำใหม่ สามารถทำได้ทั้งสเต็ปช้าและสเต็ปเร็ว มีแรงบิดมาก และทำงานเงียบเหมือนเดิม
ผลลัพธ์และงานที่ยังเหลือ
- ในสถานะสุดท้าย วิธี “large wheel” ถือว่าจบแล้วในแง่สิ่งประดิษฐ์ และส่วนที่เหลือถูกสรุปว่าเป็น ปัญหาทางวิศวกรรม
- เวลาที่ผ่านไปหลังเริ่มต้นคือ 16 วัน
- ระบุว่าไม่อยากเปิดเผยเวลาทำงานจริงที่ทุ่มลงไป
- ต้นแบบทำได้ตามความกว้างอักขระมาตรฐาน การจัดแนวที่แม่นยำ และการเคลื่อนไหวที่จำเป็น
- จุดที่ทำได้ตามความกว้างอักขระ 7.6mm ถูกประเมินว่าเป็นการบรรลุความท้าทายหลัก
- อย่างไรก็ตาม หน้าตัดล้อ 46mm และความสูงประมาณ 64mm ยังใหญ่กว่าที่ต้องการ
- การประเมินต้นทุนอยู่ที่ประมาณ 2 ดอลลาร์ สำหรับชิ้นส่วนเครื่องกลและไฟฟ้า-เครื่องกล
- แบริ่งคาดว่าอยู่ที่ประมาณ 0.10 ดอลลาร์ เมื่อผลิตจำนวนมาก
- แม่เหล็กในปริมาณปัจจุบันอยู่ที่ตัวละ 0.20 ดอลลาร์ และเมื่อผลิตจำนวนมากอาจลดลงได้ถึงตัวละ 0.02 ดอลลาร์
- คำนวณต้นทุนแม่เหล็กประมาณ 1.30 ดอลลาร์, ลวดทองแดง 0.50 ดอลลาร์, เหล็กไม่กี่เซนต์ และพลาสติกประมาณ 0.20 ดอลลาร์
- ยังเหลืองบเป้าหมาย 3 ดอลลาร์ สำหรับชิ้นส่วนอิเล็กทรอนิกส์และการประกอบ
- การทำให้เป็นผลิตภัณฑ์จริงต้องปรับให้เหมาะสมในด้านต่อไปนี้
- ขนาด ต้นทุน การใช้พลังงาน อายุการใช้งาน แรงบิดขณะเคลื่อนที่ แรงบิดสำหรับคงตำแหน่ง
- ความสามารถในการผลิต การเลือกวัสดุ การออกแบบแม่เหล็กไฟฟ้า การประกอบอัตโนมัติ
- ความสามารถในการซ่อมบำรุง เช่น การเปลี่ยนเซลล์และการซ่อม
- ทิศทางที่เหลือต่อจากนี้อาจกลับไปพิจารณาวิธีใช้ล้อ 3 บิตเรียงข้างกันและจอแสดงผลแบบเมทริกซ์อีกครั้ง
- ภายนอกก็พบแนวทางคล้ายกันที่ใช้ล้อ
- จอแสดงผลเบรลล์ปี 2017 ของ Utopia Mechanicus ดูเหมือนโครงสร้างล้อและหน้าต่างแทบเป็นฝาแฝดกัน
- ความแตกต่างคือระบบขับเคลื่อนและวิธีจัดแนวโค้ด โดยมองว่าการออกแบบดังกล่าวมีระยะฟรีมากและน่าจะแพง
1 ความคิดเห็น
ความคิดเห็นจาก Hacker News
ในมุมมองของผู้พิการทางสายตา เสียงรบกวน, การใช้พลังงาน, ความทนทาน เป็นสิ่งที่พอยอมประนีประนอมได้มากพอสมควร
ถ้ามีจออักษรเบรลล์ในโรงเรียนและมหาวิทยาลัย ก็น่าจะลำบากกับโจทย์คณิตศาสตร์น้อยกว่านี้มาก หากมันทำงานได้จริงและราคาถูก ก็ถือเป็นความก้าวหน้าครั้งใหญ่สำหรับคนจำนวนมาก
เรื่องพลังงานเมื่อเทียบกับจอแบบเดิมไม่ได้เป็นต้นทุนที่แพงขนาดนั้น เสียงรบกวนก็ลดได้หรือไม่ก็ยอมรับมันได้ ส่วนชิ้นส่วนสำคัญถ้าดูแลดี ๆ ก็พอไหว สิ่งที่ยากกว่าคือการหาคนยอมจ่ายเงิน
โปรแกรมอ่านหน้าจอสมบูรณ์แบบสำหรับข้อความทั่วไปและการนำทาง GUI แต่กับ วัตถุหลายมิติ อย่างสมการ การได้จับด้วยมือจะช่วยให้เข้าใจง่ายกว่า
ลองนึกภาพโครง XY gantry แบบเครื่องพิมพ์ 3D ที่แกนเคลื่อนที่ได้อิสระ และอุปกรณ์อ่านพิกัดที่ผู้ใช้ขยับอยู่ ภายในมีเซอร์โวมอเตอร์ตัวเล็กที่ขยับ stylus ตามแกน Z และเวลาแสดงภาพก็แมปสีขาวลงล่าง สีดำขึ้นบน
แบบนี้อาจทำให้ “ดู” กราฟ 2D ง่าย ๆ หรืออาจรวมถึงสมการได้ด้วย ถ้าใส่มอเตอร์ force feedback บน XY gantry เพื่อคอยชี้นำให้ stylus อยู่บนเส้นเบา ๆ ก็น่าจะใช้งานดีขึ้น
ของแบบนี้น่าจะทำได้ที่ราว ๆ 200~300 ดอลลาร์
คือช่วยเสริมด้วยเสียงตามตำแหน่งที่กำลังแตะหรืออ่านบนจอ
นี่คือตัวอย่างอันงดงามของ เรื่องเล่านวัตกรรม ที่ทำให้ CTO บริษัทใหญ่ ๆ นอนไม่หลับ
หากคนนอกที่ฉลาดมากคนหนึ่งมีทั้งกระดาษกับปากกา คอมพิวเตอร์ เครื่องพิมพ์ 3D และอาศัยอยู่ในที่ที่ AliExpress ส่งของถึง เขาก็อาจสร้าง proof of concept แบบพลิกวงการได้ภายในไม่กี่สัปดาห์ ระหว่างสลับไปมาระหว่างทฤษฎี การทดลอง และการอดนอน
หวังว่าโปรเจกต์นี้จะไปได้ดีจริง ๆ หรืออย่างน้อยก็สร้างแรงบันดาลใจให้คนอื่นทำเครื่องอ่านอักษรเบรลล์ราคาถูกได้
[0]: แรงบันดาลใจของโปรเจกต์นี้เริ่มขึ้นเมื่อ 48 วันที่แล้ว: https://news.ycombinator.com/item?id=39159476
https://news.ycombinator.com/user?id=jacquesm
ผมชอบความรู้สึกแบบ งานวิทยาศาสตร์โรงเรียน ของโพสต์นี้
ส่วนตัวแล้วคิดว่าก่อนจะไปทางล้อขับด้วยมอเตอร์ขนาดค่อนข้างใหญ่ น่าจะมีตัวเลือกอื่นให้ลองอีกมาก สิ่งหนึ่งที่นึกถึงคือการนำเครื่องพิมพ์ดีดไฟฟ้าแบบหัวบอลในยุค 80~90 กลับมาใช้ใหม่ เพราะบนลูกบอลมีตัวอักษรนูนและเดิมก็มีระบบควบคุมตำแหน่งความแม่นยำสูงอยู่แล้ว
อีกอย่างคือจอ microfluidic ซึ่งเป็นแนวทางที่ผู้ผลิตมือถือเคยทดลองในช่วงต้นทศวรรษ 2010 เพื่อทำ tactile feedback ให้คีย์บอร์ดบนหน้าจอ พอลองค้นดูก็พบว่าทีมจาก University of Michigan เอาสิ่งนี้มาใช้กับจออักษรเบรลล์แบบตรงตัวเมื่อ 8 ปีก่อน [1] และตอนนี้กำลังแยกออกไปเป็นบริษัท
เมื่อ 10 ปีก่อน บริษัทที่ทำหน้าจอสัมผัสแบบ “ป๊อปอัป” คือ Tactus [2] ส่วนฝั่ง electromechanical ก็มีความเคลื่อนไหวโอเพนซอร์สอยู่แล้วและเห็นผลลัพธ์ที่น่าสนใจพอสมควร [3]
[1] https://www.youtube.com/watch?v=0fIg4rI4cDw
[2] https://www.youtube.com/watch?v=JelhR2iPuw0
[3] https://www.youtube.com/watch?v=BXi1tG78AW4
จะเป็นไปได้ไหมถ้าทำรูเข็มเล็กมาก ๆ แล้วเป่าลมออกมาทางรูนั้น?
ถ้าควบคุมขนาดรูและการไหลของอากาศให้ปลายนิ้วรับรู้ได้ชัด ก็อาจขับมันด้วยวาล์วที่มีขนาดใหญ่กว่าและอยู่ห่างออกไปได้มาก ทำให้ชิ้นส่วนกลไกไม่จำเป็นต้องเล็กและแม่นยำขนาดนั้น
ท้ายที่สุดแล้วแค่ทำให้รู้สึกว่ามีอะไรบางอย่างก็พอ ไม่จำเป็นต้องมีวัตถุอยู่ตรงนั้นจริง ๆ จะเป็นไปได้ไหมที่จะทำให้รู้สึกเหมือนมีอยู่ด้วยการให้แรงดันไฟฟ้า ประจุความจุไฟฟ้า หรือสัญญาณ ณ จุดหนึ่ง
ประโยคที่ว่า “พื้นผิวเรียบกลับรู้สึกขรุขระ” ฟังดูแปลกในเชิงสัญชาตญาณ แต่เรื่องที่แปลกกว่านี้ก็เคยเกิดขึ้นจริงมาแล้ว
ถ้าทำได้ ทั้งอุปกรณ์ก็อาจไม่มีชิ้นส่วนแข็งที่เคลื่อนที่เลย และสร้างเป็นชิ้นพิมพ์ 3D ใหญ่ชิ้นเดียวได้ ข้อยกเว้นอาจมีเพียงแผ่นยางใหญ่หนึ่งชิ้นที่ถูกแรงดันของไหลดันให้จุดนูนขึ้น แหล่งกำเนิดแรงดัน และวาล์วที่เชื่อมกับอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์เพื่อป้อนข้อมูลที่จะแสดง
หรือไม่ก็สร้าง shift register ขนาดใหญ่ด้วยตรรกะของไหล แล้วใส่ตัวขยายสัญญาณให้แต่ละบิตเพื่อส่งออกไปยังแต่ละจุดก็ได้
ปัญหาคืออุปกรณ์ที่ออกมาในยุครุ่งเรืองของตรรกะของไหลนั้นไม่ทำงานที่ค่า Reynolds ต่ำซึ่งพบในอุปกรณ์ขนาดเล็กกว่า ไม่แน่ว่าเทคนิคจากวงการ microfluidics ยุคใหม่อาจทำได้ แต่ผมไม่รู้ว่ามันจะควบคุมแรงดันได้พอให้มือรับรู้หรือยกแผ่นยางขึ้นมาได้หรือไม่
เท่าที่ผมรู้ ยังไม่มีสินค้าสำเร็จรูปแบบนั้น และถึงมีก็น่าจะแพงเกินไป สุดท้ายก็คงต้องออกแบบใหม่ด้วยวิธีที่ยังไม่รู้จักเพื่อให้ต้นทุนการผลิตต่ำพอ
วาล์วส่วนใหญ่ทำงานด้วยแม่เหล็กไฟฟ้า หรือก็คืออาศัย solenoid ดังนั้นจึงยังมีปัญหาเรื่องการควบคุมไฟฟ้าด้วย โดยรวมแล้วไม่น่าใช่เส้นทางแก้ปัญหาที่น่าดึงดูดนัก
ดูเหมือนว่าการออกแบบที่ใช้ PCB จะเหมาะกับการออกแบบเพื่อการผลิตจำนวนมากมากกว่า
ดูงานของ Carl Bugeja ได้
https://www.youtube.com/watch?v=oa6sP-joAr8
มีตัวเลือกอย่างมอเตอร์, โซลินอยด์, เบรกไฟฟ้าเชิงกล และ compliant mechanism
เพียงแต่วงการนี้ค่อนข้างเป็นกรณีเฉพาะทางมาก เลยไม่ค่อยมีการพัฒนาแบบเปิดเผยต่อสาธารณะ จึงยังมีโจทย์เรื่องการหาสมดุลระหว่างความต้องการด้านไฟฟ้าและการควบคุมกับข้อกำหนดทางกายภาพ, ความหนาแน่นทางแม่เหล็กไฟฟ้า, การเลือกชิ้นส่วน, กระบวนการผลิต และต้นทุน
คือวางแต่ละ “จุด” ไว้บนแม่เหล็กขนาดเล็ก แล้วขับด้วย PCB ที่มีคอยล์อยู่ข้างใน
ก่อนหน้านี้ฉันเคยทำต้นแบบจอแสดงผลอักษรเบรลล์ด้วยแนวคิดคล้ายกัน แต่ใช้ตัวเลื่อนเชิงเส้นในแต่ละคอลัมน์แทนล้อหมุน
น่าเสียดายที่โปรเจกต์หลุดไปทำอย่างอื่น และสุดท้ายก็หาไม่เจอว่าวิธีที่ดีที่สุดในการติดแอคชูเอเตอร์คืออะไร
สิ่งที่ฉันภูมิใจในแบบของตัวเองคือ มันทำจากแผ่นเดียวที่ตัดด้วยเลเซอร์ได้ และประกอบได้โดยไม่ต้องใช้กาวหรือชิ้นยึดใด ๆ แน่นอนว่าไม่นับรวมกลไกที่จำเป็นสำหรับขับตัวเลื่อน
ภาพ: https://retr0.id/media/38116918-4023-437b-9a48-d2ffb1d02dbf/...
วิดีโอเดโมสั้น ๆ: https://twitter.com/David3141593/status/1639261097252233220 ในคำบรรยายวิดีโอเขียนว่ามีแรงเสียดทานสูง แต่หลังจากขัดด้วยกระดาษทรายแล้วก็ไม่มีปัญหาเลย
อีกไอเดียหนึ่งคือ แทนที่จะใช้จุดสัมผัสจริง อาจใช้การจ่ายแรงดันไฟฟ้าระหว่างหน้าสัมผัสสองจุดที่มีขนาดและตำแหน่งเหมาะสม เพื่อให้รับรู้ได้ด้วยปลายนิ้ว
ไม่ต้องสูงถึงระดับที่ทำให้ไม่สบาย และผลิตได้แบบ PCB ทั่วไป
น่าจะต้องมัลติเพล็กซ์แรงดันระหว่างจุดต่าง ๆ เพื่อไม่ให้กระแสไหลระหว่างจุดคนละจุดกัน แต่ให้กระแสจากนิ้วไหลอยู่แค่ในพื้นที่เล็ก ๆ ของแต่ละจุด
เพราะผู้ใช้คงใช้มันวันละหลายชั่วโมงแทบทุกวัน
ยิ่งอ่านบทความนี้ยิ่งรู้สึกว่าเขากำลังใช้เครื่องพิมพ์ที่ไม่เหมาะกับงานนี้
ชิ้นส่วนแบบนี้เข้ากับเครื่องพิมพ์เรซินโดยธรรมชาติ ร่องจัดแนวใน #8 น่าจะทำได้อย่างเสถียรด้วยเครื่องพิมพ์เรซิน และคุณภาพของจุดก็น่าจะดีกว่าด้วย
ยิ่งไปกว่านั้น ความเร็วในการพิมพ์ของเครื่องพิมพ์เรซินขึ้นอยู่กับความสูงแกน Z ไม่ใช่ปริมาตรของชิ้นส่วน ดังนั้นคุณจึงพิมพ์ล้อได้มากเท่าที่วางลงบนแท่นพิมพ์ได้ในเวลาเท่ากับการพิมพ์ล้อเพียงชิ้นเดียว และถ้าเป็นเครื่องพิมพ์เรซินก็น่าจะใช้เวลาราว 10 นาที
เรซินยังมีตัวเลือกด้านคุณสมบัติวัสดุกว้างกว่างานพิมพ์เส้นพลาสติกมาก และสำหรับการใช้งานนี้ เรซินสำหรับพิมพ์ที่เหนียวที่สุดก็น่าจะแข็งแรงกว่าฟิลาเมนต์ชนิดใด ๆ ทำให้อายุชิ้นส่วนยาวนานกว่า
พอจัดกระบวนการได้แล้ว ก็สามารถพิมพ์เป็นชั้น ๆ แกะออก แล้วมัดรวมกันเพื่ออบยูวีได้ ถ้าคุณโอเคกับการต้องคอยดูเครื่องบ่อยขึ้น ก็อาจใช้ฟิกซ์เจอร์แม่เหล็กได้ และบนแผ่นลักษณะนั้นชิ้นงานก็น่าจะเด้งหลุดออกมาเองได้เลย
เพราะ #8 มันอ่านเหมือนว่ามีภารกิจใหญ่พอสมควรจากปัญหาความแม่นยำของเครื่องพิมพ์กับซี่จัดแนว แต่ถ้าเป็นเครื่องพิมพ์เรซิน คุณอาจสำรวจการออกแบบนั้นต่อได้ลึกกว่าเดิม
อีกแนวทางหนึ่งคือ ทำเป็นห่วงผ้าที่สามารถเย็บจุดเบรลล์นูนจากด้านขวาเข้าไป แล้วดึงห่วงนั้นไปทางซ้าย
มันจะอ่านได้คล้ายป้าย LED แบบเลื่อน แต่เป็นสายพานผ้าที่มีจุดนูนแทน
วิธีที่ง่ายที่สุดในเชิงกลอาจเป็นการวางลวดนิติไนอลในแนวตั้ง หรือก็คือขนานกับเส้นพุ่ง ถ้าจะสร้างอักษรเบรลล์หนึ่งตัว ก็แค่กดลวดนิติไนอลสองเส้นเพื่อให้เกิดจุดนูนในตำแหน่งที่ถูกต้อง จากนั้นก็เลื่อนสายพานผ้าไปทางซ้าย
ในช่วงทางกลับที่ซ่อนอยู่ใต้ส่วนแสดงผล ก็สามารถรีเซ็ตลวดนิติไนอลกลับสู่สภาพเดิมได้
หรือจะลองใช้เทคนิคใด ๆ ที่ทำปมบนผ้าแล้วแก้ออกได้ง่ายก็น่าสนใจ อาจเป็นวิธีง่าย ๆ ที่ดันห่วงขึ้นมาระหว่างสายพานผ้าเพื่อทำเป็นจุดเบรลล์ แล้วค่อยดึงกลับออกในเส้นทางขากลับ
ถ้าฉันไม่ได้พลาดอะไรไป บทความนี้ดูเหมือนจะตั้งสมมติฐานว่าเป็นเซลล์เบรลล์ 6 จุด
แต่จออักษรเบรลล์ทุกตัวที่ฉันเคยเจอจนถึงตอนนี้ใช้เซลล์ 8 จุด และมาตรฐานนั้นเรียกว่า computer braille