Giriş: Mühendislik Araştırmasında Yeni Bir Çağ

Mühendislik araştırma deneyi, iteration ve bilgi paylaşımı. on yıllardır, özel donanım - mikro denetimli tam ölçekli test ekipmanlarına kadar -satışlı laboratuvarlar, araştırmacılara özellikle de özellikle ekosistemlere yeniden şekillendirmek, tasarım dosyalarının özgürce hazır olduğu bir paradigma sunmak ve herhangi biri fiziksel cihazlar inşa edebilir ve dağıtamaz. Bu değişim, inovasyonu hızlandırır, daha düşük endüstriyel araştırma engellerini giriş için hızlandırır ve araştırma alanlarının yeniden şekillendiren bir işbirliği kültürünü teşvik eder.

Open Hardware Platforms Nedir?

Açık donanım platformu fiziksel bir nesnedir - bir devre kurulu, bir sensör dizisi veya mekanik bir montaj gibi - tüm tasarım belgeleri, herhangi birinin çalışma, değiştirilmesi, üretimi ve dağıtımına izin veren bir lisans altında serbest bırakılır.[Döneticiler için geçerli olan bu felsefe ortamı)

Kullanıcıların yasal anlaşmalar ve uyumlu arayüzlerle kısıtlandığı özel platformlar aksine, açık donanım, araştırmacıların bir cihazın her katmanına atamasını sağlar, operasyonunu anlar ve öngörülemeyen amaçlar için adapte olur.Bu şeffaflık, modern mühendislik araştırmalarının gerçekten yenilikçi çözümler oluşturabileceği yatakrock.

Open Hardware'i Araştırmada Kullanımının Avantajları

Açık donanım platformlarının benimsenmesi, kalite, hız ve mühendislik araştırmalarının genişliğini doğrudan etkileyen bir kazanç kümesi getiriyor. Aşağıda her avantajı derinlikte araştırıyoruz.

Maliyet-Effectiveness

Araştırma bütçeleri nadiren sınırsızdır. Açık donanım büyük ölçüde düşük maliyetle şarj edilir: lisans ücretleri yoktur, bir Arduino ile özel bir veri logger satın alma ve tek bir satıcıdan tam kit satın alma zorunluluğu yoktur.Bunun yerine, araştırmacılar birçok tedarikçiden kaynak bileşenleri yönetebilir, mevcut parçalar ve baskı devreleri düşük maliyetle hobi sonrası üretim hizmetleri kullanarak düşük maliyetle şarj edilebilir. Örneğin, bir Arduino ile özel bir veri logger inşa edebilir ve yüksek çözünürlükte 50 $ altında kullanılabilir.

Özelleştirme ve Flexability

Proprietary donanım genellikle sabit bir dizi özellik içinde çalışmak için mühendislerdir. Açık donanım bu kısıtlamaları kaldırır: araştırmacılar, uzmanlaşmış sensörleri entegre etmek için PCB düzenini değiştirebilir veya prototip gemisine sığması için fiziksel ayak izi azaltır. Örneğin, bir sıvı dinamik laboratuvarı mikrofluidic pompalar üzerinde çalışan mikrofluidic pompalar, yüksek tork veya iyi hız kontrolü elde etmek için motor sürücü devrelerini değiştirebilir.

İşbirliği ve Toplum Destek

Açık donanım topluluğu. Platformlar GitHub gibi binlerce açık donanım projesine sahip araştırmacıların tasarım dosyalarını paylaştığı, beklenmedik ipuçları belge ve değiştirme öğreticileri belgeliyor. Bu global ağ her cihazdaki entelektüel çabayı çokça beğeniyor: Tokyo'daki bir laboratuvarla karşı karşıya kalan bir problem, bu virt döngüsü, izole edilmiş tüm araçları hızlandırabilecek kadar ilerici bir şekilde hızlandırabilecek bir şekilde hızlandırılabilir.

Eğitim Değeri

Mühendislik eğitimi, gerçek donanıma karşı çok fazla zorluktan faydalanır. Açık platformlar, öğrencilerin sadece bir yönetim kullanmalarına izin verir, ancak şematiklerini incelemek, bileşen seçimlerini anlamak ve birçok üniversitenin donanım seviyesindeki boşluğa devam etmek için takımları tamamen açık platformlara öğretir; öğrenciler, tasarımda pratik beceriler öğrenme, satış yapmak ve bilgisayarları öğrenmek için projeler inşa eder.

Hızlı prototipleme ve Iteration

Araştırma genellikle kanıt-koncept prototiplerini hızlı bir şekilde inşa etmeyi gerektirir. Açık donanım tasarım dosyaları indirilebilir, ücretsiz bir CAD aracında değiştirilmiş ve haftalar içinde fiziksel kurullara dönüştürülür - bir prototip başarısız olursa, revize edilmiş bir sürüm için geri dönüş aynı derecede hızlıdır.Bu hızlı iterasyon döngüsü, en az maliyetle bir araya getirme gibi alanlardan oluşan bir sensör platformun hassas veya gürültü performansı için birkaç tasarım revizyonuna ihtiyacı olabilir. Open platformları ayrıca, üretimle tam olarak katkı sağlar (3D baskı yapar) ve otomatik olarak geri dönüşümlü olarak geri dönüşümlü olarak geri dönüşümlü bir şekilde yapılır.

Gerçek Dünya Uygulamaları Spanning Disciplines

Açık donanımın yanlışlığı, geniş bir mühendislik araştırmalarının bir sürüngeninde kabul edilmesine yol açtı. Aşağıda her biri çizimsel örneklerle ilgili temel uygulama alanları vardır.

Robotik ve Mechatronics

Açık kaynak robotları, dördüşükücüler veya s.0)) [Robot İşletim Sistemi) [Düzücüler, mobil robotlar ve uçaklar gibi açık donanımlarla bir araya gelmelerini sağlar.(Pektif olarak)RoboClaw)) Motor kontrolörlerini test etmek veya yumuşak-kanık hareketleyiciler (Döneticileri)

Çevresel İzleme

Uzak veya sert ortamlardaki sensörler sağlam, düşük maliyetli ve güç verimli donanım gerektirir.GÖRÜSÜS:0)EnviroDIY[DÜT:1) tarafından yapılan bir ekip, Arduino-konuşturucuları kullanarak 200+ sensör düğümleri kullanarak bir ağ inşa edebilir.[DÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜye Olmayanlar için sistemler, tarım için sistemler, araştırmacıların özel hava kirliliğine izin vermesine izin verir. Örneğin, tropikal ormanlarda mikropişmanlık alan bir ekip, Arduino-dönüşümlü tahtaları kullanarak bilgisayarları daha önce inşa eder.

Biyomedikal Cihazlar ve Yardımcı Teknoloji

Biyomedikal alanda, açık donanım, düşük maliyetli tanı cihazları, prosthetics ve rehabilitasyon ekipmanları için bir oyun değiştiricidir.TheurFLT:0)OpenBCI), araştırmacıların beyin-bilgisayar arayüzlerini ve uyku bozukluklarını incelemek için kullandığı açık bir satın alma sistemi sunar.

Nesnelerin İnterneti (IoT) ve Akıllı Sistemler

IoT araştırma genellikle yüzlerce kenar cihazı dağıtmayı, gerçek zamanlı olarak verileri toplamayı ve ağ topolojileri ile deney yapmayı içerir.Ücretsiz P32), mikro kontroller ve aparatlamaları ve açık platformların şeffaflığı (Dönetici) ile iletişim araçları, uyku modları ve sensör füzyonu. Üniversite akıllı-şehir testi yatakları genellikle trafik, gürültü ve hava kalitesi ölçmek için açık düğümleri kullanır.

Yenilenebilir Enerji ve Güç Sistemleri

Küçük ölçekli güneş inverterlerinden batarya yönetim sistemlerine kadar, açık donanım, temiz enerji verimliliğine olan yenilike olanak sağlar.TheurFLT:0)OpenEVSE) Bu esneklik, dünya çapındaki geçişler olarak önemlidir.).

Overcome için meydan okumalar

Hiçbir teknoloji engelsiz değildir. Açık donanım platformları, araştırmacıların planlama projeleri sırasında dikkate alması gereken belirli zorluklarla karşı karşıyadır.

Sınırlı Ticari Destek

Toplumlar aktifken, nadiren küçük bir yedekli veya bir sonraki gün yedek bir hata kurulu için garanti edilir. Araştırmacılar forumlara güvenmeli, bu yüzden görev için zamanında cevap veremezler.[Döneticiler ve eksiler:2).SparkFun[Döneticiler ve parçalar) Arduino-uzsuz yönetim kurulu için bir dizi açık donanıma sahip ticari sınıfsal destek sunar.

Kalite Güvence ve Güvenilirlik

Açık donanım tasarımları, özel endüstriyel ekipman olarak aynı katı testlerden etkilenmez. Bu, gürültü, elektromanyetik uyumluluk veya bileşen toleransları ile ilgili sorunlara yol açabilir. Ancak, büyük topluluklarla iyi kurulmuş platformlar (örneğin, Arduino Uno, Raspberry Pi) yıllar boyunca rafine edilmiştir ve son derece güvenilirdir.

Gerekli Teknik Uzmanlığı

Açık donanım kullanımı elektronik, bilgisayar ve genellikle mekanik tasarımda becerileri etkin bir şekilde talep eder.Bu, mühendislik öğrencileri için bir avantaj olsa da, araştırmacılar için diğer disiplinlerden gelen bir engel olabilir.Bu, birçok grup başlangıç kitleri ve öğreticiler sağlar (bakınız:0)Open Hardware Academy).

Licensing ve Yasal Uyarılar

Açık donanım lisansları değişir; bazıları tüm türevlerin aynı lisans altında serbest bırakılmasını gerektirir (copyleft), diğerleri özel değişikliklere izin verirken, özellikle de bir platform benimsemeden önce terimleri anlamalılar.TheDAND:0Open Source Hardware Association).

Future Outlook: The Open Horizon

Mühendislik araştırmalarında açık donanımın yörüngesi, önümüzdeki yıllarda daha geniş bir şekilde kabul edilmeye işaret etmektedir.

Kurumsal ve Hükümet Destek

Ulusal Bilim Vakfı (NSF) ve Avrupa Komisyonu gibi kurumlara finansman sağlamak – ve bazı durumlarda - donanım tasarımlarının paylaşımını içeren yönetim planları. Üniversiteler açık donanım laboratuvarları kuruyor ve onure kriterlerine katkı dahil etmek için yatırım yapıyorlar.

Open Science ile entegrasyon

Açık bilim hareketi, tüm araştırma yaşam döngüsü boyunca şeffaflığı vurgular, ham veriden analiz kodu fiziksel araçlama için analiz etmek için. Açık donanım, ölçüm reproducible araçları yaparak resmi tamamlayacaktır. Ghana'daki bir araştırmacı, her ikisine de aynı açık donanım tasarımları kullanarak Japonya'da yapılan bir deneyi tekrarlayabilir, bu portability ve reproducability küresel olarak mühendislik araştırmalarının güvenilirliğini güçlendirecektir.

Manufacturability'de ilerlemeler

Düşük maliyetli PCB üretimi, masaüstü CNC değirmeni ve çok fazla malzeme 3D baskı artışı, karmaşık açık donanım tasarımları yerel olarak üretilebileceğini anlamına gelir. Bu demerkezleşme tedarik zinciri bağımlılıklarını azaltır ve hızlı bir şekilde dağıtılabilir, coğrafi olarak dağıtılan işbirliği yapabiliriz. Araştırmacıların birkaç tıklama ile özel açık tahta sipariş edebileceği bir hizmet olarak ortaya çıkmasını bekleyebilirler.

Eğitim Boru Hattı

Daha fazla üniversite onların curricula'ya açık donanıma sahip olduğu gibi, bir nesil mühendisler açık tasarım uygulamalarında akıcı bir şekilde mezun olacaklar. Bu zihniyeti endüstriye taşıyacaklar ve açık araçları talep edecekler ve ortak projelere katkıda bulunacaklar. Uzun vadeli etki daha büyük, daha çeşitli katkı alanları ve daha hızlı bir inovasyon döngüsü olacak.

Sonuç: Daha Hızlı, Daha İyi Araştırma için Embrace Open Hardware

Açık donanım platformları sadece bütçe dostu bir seçim değildir; Daha derin bir anlayış için katalizördürler, daha geniş bir işbirliği ve daha hızlı teknolojik ilerleme sağlarlar. Yasal ve finansal engelleri ortadan kaldırmak için, mühendislik araştırmacıların en önemli konulara odaklanmalarına izin verir: Bir robot kolu tasarlayın, bir nehir izlemeniz veya bir açık platformla başlayın, size bir baş başlangıç verir.