Insecto electromecánico o oscilador de aleteo: 9 pasos (con imágenes)

2025 Autor: John Day | [email protected]. Última modificación: 2025-01-23 14:39

Introducción

He estado siguiendo el desarrollo de la robótica durante aproximadamente 10 años y mi experiencia es Biología y Videografía. Estos intereses han orbitado mi pasión subyacente, la entomología (el estudio de los insectos). Los insectos son un gran problema en muchas industrias y han sido la fuente de gran inspiración. Afortunadamente, la biología y los insectos están ganando influencia en la robótica a través de la biomimetismo y la biología sintética. Estoy especialmente emocionado por el progreso de los insectotópteros. La CIA creó un insectothopter volador ya en la década de 1970 y los insectos seguirán desempeñando un papel importante para influir en la forma en que se resuelven los problemas de la robótica. Quiero compartir un método artístico para construir su propia escultura de insectos electromecánica.

Un oficio que se ha centrado mucho en las propiedades de los insectos es el arte de atar moscas. Fly Tying es un método para crear señuelos para la pesca con mosca. Esta artesanía emplea una paleta diversa de materiales y herramientas, y requiere una cuidadosa atención a los detalles, mientras se basa en gran medida en la técnica adecuada para completar hermosos diseños.

No me he emocionado demasiado con la impresión 3D o los microcontroladores. Estoy haciendo esfuerzos para producir criaturas electromecánicas que no utilicen ninguna de estas tecnologías. Parece que no importa qué sensor o expresión mecánica quieras explorar, todo tiene que alimentarse a través de un microcontrolador. ¡Retrocedamos un poco y hagamos de nuestro cerebro un oscilador!

Entonces, lo que les propongo es que utilizamos herramientas, materiales y técnicas para atar moscas como base para crear un insecto electromecánico hermoso, liviano y único. Se espera que esta escultura cinética con forma de VIGA inspire a sus amigos y familiares a apreciar los insectos y la artesanía.

Paso 1: diseño de su oscilador

Hay muchos circuitos osciladores para elegir en línea. Después de buscar en una variedad, sentí que el más fácil y más "orgánico" era el multivibrador Astable. Este circuito se puede crear con resistencias simétricas o asimétricas, lo que da como resultado anchos de pulso ligeramente diferentes, dependiendo de qué "lado" del circuito esté tomando su salida.

Los componentes para este circuito que elegí son:

Cantidad: Artículo:

transistor pnp x1 2N4403

x1 2N3905 transistor pnp (pin reflejado)

x2 resistencias de 330 Ω

x2 resistencias de 22k Ω

x2 condensadores de 4,7 μF 16 V

x2 resistencias dependientes de la luz (LDR) en un rango de 0 - 30k Ω

x1 2N4920 transistor pnp (maneja 1 amperio)

x1 8+ Ω Bobina de altavoz

x1 Interruptor de láminas pequeño, no magnético, no incluido

Quiero un tiempo RC bajo y condensadores pequeños, así que elegí resistencias de 22k Ω con condensadores bipolares de 4,7 μF 16V. Esto da como resultado una frecuencia de oscilación de aproximadamente 2 a 5 Hz.

También quiero que el circuito se vea afectado por el entorno, por lo que puse resistencias dependientes de la luz (LDR) en serie con las resistencias de 22k. El interruptor es un pequeño interruptor de lengüeta que se extrae de un circuito de flash de cámara desechable. Usaremos este interruptor como bigotes sensibles en el abdomen.

Paso 2: comience a soldar

Al usar esos componentes, necesitará varias herramientas para soldarlos. No vamos a utilizar un perfboard.

Tome dos prensas, una para sujetar sus componentes y la otra para sujetar su soldador.

Además, asegúrese de tener alicates, alicates y un modelo de su circuito como referencia. He creado un prototipo de una segunda versión del circuito para asegurarme de saber siempre qué partes de los componentes se conectan y dónde.

Doble los cables de los dos transistores de modo que el colector se doble hacia un lado y la base se doble hacia el centro. Debido a que el 2N4403 y el 2N3905 (en la foto como BC557) tienen diferentes pines, preste especial atención a la ubicación de la base y el colector. Se podrían usar dos transistores pnp iguales, pero me gusta la calidad quiral del pin de espejo. Después de todo, esto es arte.

Doble los cables del condensador en ángulo recto.

Corte los cables en los condensadores y la base del transistor y los colectores.

Ahora coloque el transistor en su tornillo de banco y lleve el soldador hacia el cable deseado para soldar. Esto libera ambas manos para traer el condensador y la soldadura, y unirlos.

Repita este paso para que la base y los colectores de cada transistor se conecten a cada condensador.

Es interesante notar que el tornillo de banco puede actuar como un disipador de calor para los transistores y la arquitectura de su trabajo de soldadura terminado hace que esta estructura sea sorprendentemente fuerte.

Paso 3: suelde las resistencias

Doble y corte los cables de las resistencias como se muestra en la imagen de arriba.

Coloque la resistencia de 330 Ω en el tornillo de banco y suelde nuestra unidad de transistor de condensador a la resistencia. Siga el esquema, esta resistencia debe conectarse donde está el colector del transistor.

Repita con la segunda resistencia de 330 Ω.

Coloque el LDR en el tornillo de banco y suelde nuestro circuito de crecimiento. Suelde a la base del transistor.

Repita con el segundo LDR.

Corte los cables largos del LDR hacia el centro.

Suelde las resistencias de 22k Ω a los cables LDR de manera que las resistencias estén en serie.

Cada una de las cuatro resistencias debe tener cables abiertos apuntando hacia el centro de nuestro circuito (como se muestra en la imagen).

Doble los cables de estas resistencias hacia sus vecinos, córtelos y suéldelos todos juntos. Este paquete de resistencias ahora es parte de nuestro riel de tierra.

Paso 4: Soldar cables y el Power PNP

Esta unidad de condensadores, transistores y resistencias es nuestro oscilador multivibrador astable. Efectivamente, es nuestro cerebro para el insecto. Los LDR funcionan como ojos y modificarán ligeramente la frecuencia y el ancho de pulso de nuestro oscilador. Este circuito por sí solo no puede alimentar la bobina del altavoz, por lo que lo conectaremos a Q3, nuestro transistor de potencia (BD140 o 2N4920).

Suelde el cable del riel positivo al emisor de Q1.

Suelde el cable del riel de tierra al paquete de resistencias.

Suelde un tercer cable al emisor de Q2 (en la imagen de color naranja).

Suelde este tercer cable a la base de Q3, el transistor de potencia pnp (2N4920).

Pele el cable del riel positivo aproximadamente 1 1/2 pulgadas hacia abajo y suelde al emisor de Q3.

En este punto, me gusta tomarme un descanso de la soldadura y aplicar una capa generosa de esmalte de uñas transparente al circuito. Esto ayudará a prevenir cortocircuitos si el circuito está doblado o aplastado, y le dará algo de resistencia a la intemperie. No dude en aplicar varias capas.

Verifique que no haya cortocircuitado el circuito en ninguna parte. Pruebe el circuito para asegurarse de que todavía está funcionando alimentando el cable rojo con + 9V, conectando a tierra el cable negro o marrón y acoplándolo al colector de Q3. Utilizo una pequeña lámpara de 5V o un altavoz de repuesto. Debido a que Q3 solo puede manejar alrededor de 1 amperio, no sobrecaliente este transistor con demasiada potencia y muy poca resistencia. Haga sus cálculos (I = V / R) asumiendo corriente continua. En teoría, la corriente promedio es la mitad de la corriente continua en el voltaje del carril debido al efecto pulsante, pero esto nos ayudará a dejar margen para el error.

Paso 5: corte la bobina de voz y la soldadura

Tome un altavoz pequeño y económico con bobina móvil que funcione y córtelo. Comience cortando alrededor del borde del cono del altavoz y asegúrese de no cortar los conectores de alambre de oropel que se encuentran debajo.

Clip o desoldar los conectores de alambre de oropel de las pestañas de la cesta.

Corta la suspensión de malla justo por encima del imán permanente.

Retire la bobina de voz y recorte el exceso de papel y malla. Asegúrese de dejar los conectores de alambre de oropel el mayor tiempo posible.

Estañe las puntas de los conectores de alambre de oropel y suelde uno al colector de Q3.

Suelde el otro conector a un cable de extensión.

Pele el centro de este nuevo cable y suéltelo al riel de tierra.

Paso 6: diseña las alas

Imprimí patrones de alas de mosca de grulla en transparencias.

También puede dibujar las alas con bolígrafos y marcadores sobre acetato.

Diviértete coloreando las alas y haciéndolas únicas e interesantes.

Coloque su hoja de acetato en una revista vieja y presione en las venas con un punzón. Alterne el frente y la espalda para crear pliegues cóncavos y convexos en el acetato. Esto no solo aumenta la ilusión de alas de insectos reales, sino que también las fortalece.

¡Corta las alas, pero déjalas como un par! Deje un poco de material adicional en el centro para que nuestra bobina móvil tenga más material para empujar.

Paso 7: atar las alas al monofilamento

Para comenzar a atar, necesitará alrededor de 35 libras de monofilamento, nuestro tornillo de banco de antes, tijeras, alas, hilo y una bobina para atar moscas. * Corrección sugerida: use monofilamento más pesado o alambre delgado para estos soportes de ala. El modelo ilustrado y construido pierde eficiencia mecánica cuando el monofilamento se arquea hacia afuera durante la carrera descendente.

Corte dos piezas, de cinco pulgadas de largo y coloque una pieza en el tornillo de banco. Ate sin apretar las alas al monofilamento en un patrón de ocho.

Repetir con una segunda pieza de monofilamento y la otra ala.

Agregué un poco de pegamento a los nudos de cada pieza para mayor seguridad. Asegúrate de que el pegamento no obstruya la capacidad de batir de las alas. Se supone que esto actúa como una bisagra y el monofilamento es nuestro punto de apoyo.

Paso 8: Construya el tórax y la cabeza

Todo se junta de una vez durante esta fase.

Tome un trozo de tres pulgadas de monofilamento de 100 libras o tubo rígido y ate el hilo a lo largo.

Tome tres piezas de alambre floral de siete pulgadas y ate cada una en el centro a lo largo de la estructura de nuestro cuerpo. Estas serán nuestras piernas.

Ate las piezas traseras de monofilamento más pequeño de nuestra unidad de ala justo detrás de las patas traseras, dejando espacio para reajustar su longitud más tarde.

Busque un alfiler magnético como el que se muestra en la imagen. Esto mantendrá nuestro imán de neodimio permanente en su lugar.

Ate el circuito que construimos en las piernas / cuerpo.

Ate el pasador magnético al cuerpo detrás de la cabeza pero delante de Q3.

Ate dos pequeñas plumas de hackle en el cuerpo justo detrás de la cabeza para que asoman hacia adelante como antenas (esto es puramente estético).

Traiga las piezas frontales de monofilamento más pequeño de la unidad de ala hacia adelante y átelas al cuerpo cerca de la cabeza. Tire de cada pieza para asegurarse de que las alas estén centradas y se eleven por encima del imán.

Corta el tubo de papel de la bobina móvil hacia el centro para que podamos deslizar el acetato de las alas en su interior. Toda esta estructura debe flotar sobre el pasador donde irá nuestro imán, de modo que cuando la corriente atraviesa la bobina, la fuerza magnética tira de las alas hacia abajo y las puntas de las alas se mueven hacia arriba.

Paso 9: Construya el abdomen

Ate el interruptor de lengüeta en la parte posterior del cuerpo. Esta será la punta del abdomen, donde estarán nuestros sensibles bigotes. Suelde nuestro riel de tierra a una pata del interruptor de lengüeta.

Suelde un segundo trozo corto de cable a la otra pata del interruptor de lengüeta.

Enrolle el cable del riel positivo para crear una gran superficie para la batería.

Enrolle el nuevo trozo de cable corto conectado al interruptor para tocar el lado negativo o 0V de la batería.

Ate una pequeña batería de 12V en el abdomen y asegure los cables de la batería para que tengan una conexión sólida. Tuve que agregar algunos trozos de monofilamento pesado en el abdomen para evitar que la batería se volcara hacia el lado opuesto del abdomen mientras la ataba.

¡Pruébelo! ¿Se mueven las alas hacia el imán? Asegúrese de que la polaridad del imán sea correcta siguiendo la regla de la mano derecha de la corriente electromagnética y usando una brújula analógica para establecer la polaridad de su imán permanente. Si construyó el circuito como lo describí, la corriente fluye hacia el colector de Q3, a través de la bobina y hacia el riel de tierra o el lado 0V de la batería.

¡Para terminar, dobla las patas de alambre floral para que parezca tan insecto como quieras! Pruebe con un poco de pegamento donde las piernas se unen al cuerpo si son demasiado endebles. ¡Disfrutar!

Por favor hazme saber si tienes preguntas. Este es definitivamente un proyecto delicado. Una pequeña banda de goma entre los cables de la batería puede ayudar a mantenerlos en su lugar.

¡Buena suerte!

Primer premio en el concurso de tecnología