Display volumétrico compacto

Resumo: desenvolvimento de uma placa de matriz de LEDs ultracompacta para um display 3D

• A ideia de uma vela eletrônica surgiu em uma conversa com pessoas criativas; o objetivo era criar algo que parecesse uma vela tremeluzindo vista de qualquer ângulo.
• Foi sugerido um display de persistência da visão (persistence-of-vision), mas houve a opinião de que ele exigiria mecanismos de suporte demais.
• Com a ideia de que, se o motor e a bateria fossem pequenos o suficiente, o conjunto inteiro poderia girar, a placa de matriz de LEDs foi rapidamente projetada e encomendada.

Processo de fabricação

• Pequenas placas de circuito foram encomendadas da China a baixo custo, e a entrega rápida era importante.
• A máquina de pick-and-place Charmhigh CHM-T36VA foi usada para montar rapidamente as placas de circuito.
• Como a matriz de LEDs simples tinha apenas um único tipo de componente, o carregamento dos reels foi muito rápido.
• Um estêncil gravado a laser foi usado para criar o protótipo, e esperava-se que a matriz de LEDs fosse útil no futuro.

Escolha do microcontrolador e da bateria

• Era necessário um microcontrolador com memória flash suficiente; o Raspberry Pi Pico era um candidato, mas seu tamanho era grande demais, tornando-o inadequado.
• A placa Waveshare RP2040-tiny foi escolhida por ter sido projetada com componentes mínimos, sendo adequada para prototipagem.
• Foi usada uma bateria recarregável de íons de lítio LIR2450, que oferece capacidade e corrente superiores às de baterias menores.

Criação do protótipo

• Foi usado um suporte de bateria impresso em 3D com PETG, mas a pequena espessura das paredes fazia com que ele quebrasse sempre que o protótipo caía.
• O protótipo foi concluído com soldagem na placa de circuito, incluindo o sensor IR e o LED.
• Foi montado um circuito simples para controle do motor e fornecimento de energia.

Desenvolvimento de software

• O sensor IR era monitorado para medir a velocidade de rotação e ajustar a velocidade de exibição.
• O ARM Cortex-M0 de dois núcleos do RP2040 foi usado para controlar a matriz de LEDs com temporização precisa.
• Foi implementada uma lógica simples de controle de velocidade do motor para manter uma taxa de quadros constante.

Monitoramento e carregamento da bateria

• Foi adicionado um divisor de tensão usando GPIO para monitorar a tensão da bateria.
• Um carregador independente foi usado para carregar a bateria, e, quando ele quebrou, foi buscada uma forma alternativa de carregamento.
• Com a placa adaptadora USB RP2040-tiny, foi possível carregar a bateria no protótipo enquanto ele também podia ser programado.

Geração de dados 3D

• O Blender foi usado para gerar dados 3D em coordenadas polares e convertê-los para se ajustarem à matriz de LEDs.
• Simulações de fluidos e de fogo foram usadas para gerar dados volumétricos, que foram então exibidos no protótipo.

Opinião do GN⁺

O mais importante neste projeto é o processo de transformar uma ideia criativa em algo real e o resultado obtido. O desenvolvimento de uma placa de matriz de LEDs ultracompacta para um display 3D oferece um tema interessante para quem gosta de desafios técnicos e inovação. Resolver problemas complexos e explorar novas tecnologias pode inspirar muitos engenheiros de software, e projetos como este podem desempenhar um papel importante na construção do futuro da tecnologia.

[GN⁺]

Comentários do Hacker News

• Sugestão de melhoria

  • Se você tiver um motor idêntico sobrando, pode desmontar dois para criar um sistema de transmissão de energia rotativo.
  • Você sacrifica dois motores para fazer cada unidade, mas com a tampa e o comutador o encaixe fica perfeito e muito confiável, sem preocupação com bateria.
  • O comutador pode fornecer um sinal indicando que o conjunto completou uma volta, o que permite manter a estabilidade da imagem com base na posição real.
  • Também é possível transmitir energia por indução, mas não conseguiram fazer isso de forma eficiente e precisaram aumentar a tensão da fonte a ponto de se preocupar com incêndio.
  • Esse conselho veio de um projeto de arte da Burning Man em 2001.

• Ideia óbvia em retrospecto

  • Por mais encantador que seja o resultado feito à mão com componentes relativamente primitivos e discretos, fico me perguntando por que não veremos uma versão colorida de alta resolução no próximo Natal vendida por qualquer empresa aleatória de dropshipping de 7 letras na Amazon.

• Projeto pequeno e atraente

  • Recomendo conferir os outros projetos também; alguns deles já apareceram antes no Hacker News.

• Exposição para quem mora em Londres ou está visitando

  • O 180 Studios frequentemente realiza exposições de arte que usam esse tipo de tecnologia, e vale a pena conhecer se você se interessa por arte e tecnologia.

• Como funcionam os ventiladores holográficos

  • Toda a eletrônica fica na parte giratória, e no ventilador a transmissão de energia sem fio é usada para alimentar a placa superior.

• Possibilidade de transmissão de energia por indução

  • Fico pensando se seria possível usar transmissão de energia por indução para eliminar a necessidade de bateria.
  • Só seria preciso alimentar os LEDs, então o motor poderia ficar montado na base.
  • Seria possível colocar duas bobinas uma dentro da outra e apoiá-las em um núcleo de ferrite.

• Projeto criativo

  • Não tenho imaginação para conceber projetos legais como este, mas pela internet dá para ver as criações impressionantes que as pessoas conseguem fazer.

• Velocidade de atualização de displays OLED

  • Fico pensando se displays OLED baratos conseguiriam atualizar rápido o suficiente para atingir uma resolução mais alta.
  • Até poderia funcionar, mas o espaço entre as fatias radiais pode ser muito maior do que o espaçamento entre pixels, então o resultado pode parecer pior.

• Fazer um cubo ou esfera de acrílico

  • Colocar uma superfície de projeção interna em torno de um eixo giratório.
  • Retirar o ar para ficar silencioso e permitir o uso de uma folha muito fina.
  • Girar com um campo magnético externo e usar 2 ou 3 projetores em ângulos diferentes para projetar imagens com correção de distorção e sincronização com a rotação.
  • Você poderia até montar seu próprio display de Star Wars como hobby.

• Resolvendo o problema central

  • Colocar duas placas de LED no topo, invertidas uma em relação à outra.
  • Uma das placas pode deslocar os LEDs pela metade para criar um efeito de entrelaçamento e dobrar a resolução.