Low-Cost Mechatronics Vakfı

Mechatronics mekanik mühendisliğin, elektronik, gömülü kontrol ve sistemlerin düşüncesiyle oturuyor, çünkü bu alanda her mekanik bağlantı, sensör seçimi ve kod hattını şekillendiren akıllı cihazlara izin veriyor.

Hedef, Batı teknolojisinin ucuz taklitlerini üretmek değildir. Bunun yerine, odak iyi finanse edilen cihazlara saygı duyan, yerel geleneklere ve tedarik zincirlerine ve bakım ekosistemlerine saygı duyan, başarılı bir mekatronik çözümüne sahip olmak için, kırsal tarım topluluğunda veya alt kaynakta bulunan bir klinik anlayışa sahiptir ve etrafındaki insan sistemi, sürekli olarak güvenli olmayan bir şekilde garanti altına alınamaz.

Üç milyardan fazla insan güvenilir elektrik, internet bağlantısının olduğu topluluklarda yaşıyor ve yedek parçalara erişim garanti edilmez. Low-cost mechatronics, gıda üretimi, temiz su, sağlık ve eğitim bu ortamlara ihtiyaç duymayı garanti ediyor.Bu yüzden farklı bir mühendislik zihniyeti gerektiriyor - bu ödül basitliği, tamir edilebilirliği ve yerel manufacturability over ham performans.

Kaynakla Kıtalı Ayarlarda İhtiyaçları Anlamak

Herhangi bir mechatronic sistemini tasarlamadan önce, ekipler kendilerini son kullanıcının günlük realitesine sokmalıdır.Bastaliable elektrik sık gerilim aksakları ile, düşük maliyetli bir gelişmenin ilk adımı, eğitimli teknisyenlerin çalışma alanını tanımlayan çok ciddi bir eksikliktir. Bir güç artışı kırsal klinike çarptığında veya bir sensör tıkanıklığı hızla elektronik atık haline geldiğinde başarısız olur.

Örneğin, küçük bir çiftçilikte çiftçiler genellikle aileler arasında paylaşılabilecek basit, taşınabilir araçlara ihtiyaç duyar, temel el aletleri ile tamir edilir ve güneş veya insan gücü gibi yerel olarak mevcut enerji kaynakları tarafından desteklenir. Gelişmiş bir otonom traktör ithal edilir ve köydeki herhangi bir tanesi de direksiyon kontrolörü nasıl tahmin ederse, mobil bir teşhis cihazının, sınırlı resmi eğitimle ortaya çıkması ve çoğu zaman kabul edilen projelerle birlikte sosyal destekleyicisi ile ortaya çıkabilir.

Mühendislik Dar Constraints içinde

Sıkı kısıtlamalar için tasarım bir sınırlama değil, yaratıcı bir katalizördür. Mühendisler yerel bir kumaş için hala temel sorunu çözmüş olan mutlak minimum uygun özelliği tanımlamakla başlar. Sonra yerel çevre için yeterince sağlam olan bileşenleri ve malzemeleri seçerler, ancak bölgesel pazarlar veya uluslararası yardım kanalları aracılığıyla kullanılabilirler.The Bill of Materials is a Strategic document: exchangeing an German lineer actionuator for a local Kumaşlı bir montaj maliyetinin bir sıralayabilir ve köy düzeyinde onarımları sağlar.

Power management kritik. Birçok uzaktan alan güvenilir ağ elektrik eksikliği, bu yüzden mechatronic çözümleri sıklıkla güneş panelleri, şarj edilebilir bataryalar ve ultra-düşük-enerji uyku modları.Rezersiz ve Arduino ailesi gibi mikroamps çizen bir kontrol kurulu tasarlayın, ancak kodbazlar eğimli işlem ve sık sık sık sık sık sık kullanılan batarya değişiklikleri ile kullanıcıların internet kontrol sistemlerini veya düşük maliyetli mikro kontrol sistemlerini veya cep telefonu ağlarını seçmek için gerekli olan küçük bir kontrol ünitesini tasarlayın.

Termal ve çevresel zorlaştırma da dikkatli bir mühendislik talep eder. Birçok düşük maliyetli mikro kontroller ticari sıcaklık aralıkları için derecelendirilmiştir, ancak doğrudan güneş kontrolleri altında metal bir muhafazanın içindeki gerçek koşullar bu sınırları aşabilir. Basit seçimler - muhafazayı genişletmek, havalandırma yuvalarını eklemek, makineli kaplamaları kontrol altına almak için uygun bir şekilde genişletilebilir. Transient gerilim baskıları güç girişlerine baskı ve sinyal hatlarında zararları engeller veya güneş kontrolleri altında engeller.

Affordable Innovation için prensipler

Malzeme Seçme ve Yerel Sourcing

Yerel olarak mevcut malzemeleri kullanarak üretim maliyetlerini ve tedarik zinciri esnekliği inşa eder. egzotik alaşımları veya hassas makineli parçaları belirtmek yerine, tasarımcılar, küçük bir servo tarafından işletilen, gelişmiş bir yazıcıdan yapılan bir çok bölümde, bu yaklaşımları yerel ekonomide uyarır: Bir köy metali fişek ve mikro-konkuzlu bir vücut, aynı zamanda küçük bir betonu kullanarak ortaya çıkarabilir.

modülerlik ve Onarımability

Düşük maliyetli mechatronic cihazları, ayrı olarak test edilebilir, kaldırılabilir ve uzmanlaşmış aletler olmadan değiştirilmesi gerekir. modüler bir yaklaşım, kırık bir sensör veya eylemcinin, bir tornavida ile değiştirilmesi, tüm USB ünitesini uzaktan servis merkezine göndermek yerine, otomatik anahtarlamalı bağlantıya dahil etmek için değiştirilmesi gerekir.[0Arduino[tr|Dönetici)

Açık kaynak Ekosistem ve İşbirliği

Açık kaynak donanım ve yazılımlar, şematik, PCB düzeni ve Wikimedia'ları ödemeden satın almadan, bunları geliştirebilmek ve bunları satın almak için en iyi uygulamaları yerine getiriyor. ancak, açık kaynaklı projeler GitHub ve Wikifactory gibi iş birliği platformları hala üniversitelerin en iyi şekilde çalışır ve NGO'lar ve yerel işletmeler değişiklikleri yaparken onlara hizmet eder.

Low-Cost Sensing ve Kontrol

Herhangi bir mechatronic sisteminin kalbi, temel sınıflandırma için çevreyi anlama ve akıllı bir şekilde yanıt verme yeteneğidir. Düşük maliyetli uygulamalarda mühendisler, dayanıklı, ucuz ve arayüz için sensörleri seçerler.Saçlama için basit bir toprak sensörü, iki paslanmaz çelik çubuk yerine, ultrasonik aralıkları ölçebilir - temel sınıflandırma için düşük çözünürlüklü kameraları anlama yeteneği tipik bir seçimdir.

Kontrol algoritmaları basit tutulmalıdır. Proportional-Integral-Derivative (PID) kontrolörleri dikkatli bir ayar gerektirir ve birçok durumda, sabit bir süre boyunca pompalanırsa - gerçek zamanlı bir saat ve daha sağlam. Örneğin, bir güneş suyu ısıtıcısı, birkaç dereceyle tank ısısını geçerken ısıyı düzenleyebilir.

Daha sofistike kontrol gerekli olduğunda, TinyML modelleri mikrokontrolörler üzerinde 256KB RAM olarak çalıştırılabilir ve ön eğitim modellerini sağlar.Bu yaklaşım yerel olarak erişilebilir, bulut bağımlılığı olmadan yapılabilir ve internet bağlantınız kullanılamıyor.TheurFLT:0)TensorFlow Lite Micro framework]

Gerçek Dünya Uygulamaları ve Etkisi

Tarımsal Otomasyon

Küçük çiftçiler birçok gelişmekte olan ülkede yiyeceklerin çoğunu üretir, ancak genellikle mekanikleşmeye erişimi yok. Low-cost mechatronic çözümleri bunu değiştirmeye başlıyor. Solar-güçlü su pompaları toprak nezle ilgili sensörleri, örneğinSunCulture), fotovoltaik bir panel, fırçasız DC pompası ve basit bir kontrol mantığı. Bakım, elektrik bağlantılarının temizlenmesini sağlar - çiftçiler bir öğleden sonra pahalıya kadar pahalı bir robot hasat makineleri öğrenir.

Temiz Su Erişimi

Mechatronic su çözümleri, temiz içme suyu için erişime erişim sağlamaktadır. El pompalar mekanik başarısızlıklara eğilimlidir ve kullanıcıların kendilerini kirlenmeye zorlayan fiziksel çaba gerektirir.Bu pompalar ve güneş panelleri ile ve basit kontrol elektronik dönüşümleri ile durumu iletmek.Bir akış sensörü eklemek ve bakım planlamayı teşvik etmek, daha gelişmiş versiyonlar, düşük maliyetli toplama birimlerini ve organizasyonların mevcut el pompalara ekleyen uzaktan sensör paketlerini sağlar.

Tıbbi Cihazlar ve Tanılar

Düşük maliyetli mechatronic cihazları, kalp sinyallerini sayısallaştırır ve pahalı özel donanımdan kaçınarak, geleneksel alternatifin bir kısmını sağlayan bir tablet bazlı elektrokariogramı azaltır.Hazırda ultrason sensörleri ve Arduino üreticileri ile inşa edilebilir bir mikrokontrolörler, ultrason makinelerinin yetersiz olduğu topluluklarda kablosuz bir şekilde kontrol eder. pahalıya ait bir donanımdan kaçınarak, cihazın maliyetinin azalmasına ve bu türdeki hataların azaltılmasına olanak sağlar.

Yardımcı Teknoloji

KüreselFL:0)e-NABLE[[DD-printed prosthetic eller gönüllü-küresel tasarımlar kullanarak binlerce 3D baskılı prosthetic el yarattı. Bir sonraki nesil, kas sinyalleri ve kontrol eden motorize bir kavrama, düşük maliyetli bir şekilde Arduino için kapalı kalıplar kullanarak, yüksek maliyetli plakalı cihazlar ve motor kontrolleri kullanan kullanıcılar için engelleyici kontrolleri kullanarak işitme cihazımı içerir.

Overcoming Deployment Challenges

Yerel Kapasite Oluşturma

En önemli engellerden biri, yetenekli personel eksikliğinin beni köleleştirme ve onarımı için eksikliğidir.En sağlam tasarım sonunda yerel inovasyoncular binayla ilgili bilgi sahibi olan cihazlarla birlikte iletişim kurmaları için iletişim kurmaları içerir.Profesyonel eğitim programları. Maker fields ve Faber – örneğin, uzaktan destek mekanizmaları, artırılmış gerçeklik uygulamaları gibi, aşırı sağlanmış topluluk talimatları veya topluluk talimatları ile bağlantılı cihazlarla bağlantılı olarak, uzmanlarla bağlantılı olarak eğitimler inşa etmeyi öğrenir.

Tedarik Zinciri ve Altyapı

Altyapı açığı elektrik şebekesinin ötesine uzanır. Intermittent internet, giriş yapanların periyodik yüklemeleriyle çevrimdışı çalışmasını gerektirir. Yağmurlu mevsimler gecikmeli parçalar sırasında ulaşılabilen yollar. Yerelleştirmeler yoluyla üretim - 3D baskılar, küçük ölçekli CNC routingler, boruların sertleştirilmesi - tedarik zinciri yarımına bağlı olarak - su geçirmez elektronik kullanımları, nem ve sıcaklık aşırılıkları kısa sürede gecikmeli elektronik kaplamalar, kontenjanlar ve geniş çaplı çelik kütükler, küçük ölçekli CNC routing bileşeni, PCB'lerde değer değildir.

Finans ve sürdürülebilirlik

Sürdürülebilir bir iş modeli oluşturmak aynı derecede zor. Microfinance planları, ödeme-for-go güneş planlarını gerektiren ve köy kooperatifleri kullanıcıların yüklemelerde ödeme yapmasına izin veriyor. M-KOPA bu modeli Doğu Afrika'da popülerleştirdi; benzer yaklaşımlar, yükleme, eğitim ve analiz gibi değerli hizmetlerle birlikte finanse edilebilir.

Yol İlerisi

Eğitim ve İnovasyon Hubs

Uzun vadeli etki yerel yetenek yetiştirmektir. Üniversiteler giderek artan bir şekilde mechatronics parçaları emphasing frugal Innovation.Re Change Prize Challenge öğrencileri yerel sorunlar için çözümler inşa etmek, bir girişimci zihniyet teşvik etmek. Innovation hubs - telecom şirketleri tarafından destekleniyor, gelişim bankaları veya STK'lar – paylaşılan altyapı, mentorluk ve tohum finansmanı.

Politika ve Uluslararası İşbirliği

Hükümetler, temel elektronik bileşenlere ilişkin tarifeleri ortadan kaldırmak, kaliteli standartları oluşturmak ve kamu sağlığı ve tarım programlarıdaki mekatronik cihazlar dahil olmak üzere, yerel eğitim ve bakım ağlarına yatırım yapan şirketler için Vergi teşvikleri özel sektöre yönelik olarak teşvik edilir. Yaratıcı Ortakları ve açık kaynak lisanslarını destekleyen Fikri mülkiyet çerçeveleri yasal açıklık sağlayabilir.

Gelişen Trendler

LoRaWAN gibi mikro kontrol cihazlarının maliyeti, tek bir batarya üzerinde çalışan sensör ağlarının düşmesine izin veriyor, küçük makine öğreniminde iki doz mikrokontrolörlerin yerel olarak tahmin edilebilir bakım veya hastalık sınıflandırma modellerini yerel olarak çalıştırmasına izin veriyor. Low-power wide-area networks like to remote fields, enable sensör network that run for years on a single pil. Advances in small machine learning let two-dollar mikrokontrolümler, in the sunağıtlama modellerini yerel olarak, mahremiyetine saygı ve veri maliyetlerini azaltmak için. Yenilenebilir enerji entegrasyonunu genişletin, sadece güneş, rüzgarda, ya da kinetik enerji tasarrufu sağlayan bir tel sürmeyi hayal edin.

İnsan merkezli tasarıma odaklanarak, yerel işbirliği ve sürekli maliyet optimizasyonu, alanı, toplulukları kendi zorluklarını çözmek için yeni bir araç dalgası sunmak için hazırlanmaktadır.Her başarılı proje gelişmiş teknolojinin yalnızca gleaming laboratuvarlarında değil, çiftçilerin ellerinde, orta kadınlar ve köy mekaniğinde olduğunu fikrini güçlendiriyor.