Cuatro lecciones que un ingeniero adulto puede aprender de los juguetes para niños

Los juguetes para niños no son solo para niños. Dentro de cada juguete, hay cientos de horas de experiencia en ingeniería esperando a ser descubiertas.

Mis padres me recuerdan con frecuencia que ningún dispositivo electromecánico ha estado a salvo a mi alrededor desde que tenía cinco años. Mi fascinación siempre parece ser juntar cosas o desarmarlas. Muy pocas veces jugaba con los juguetes de la forma en que los fabricantes lo pretendían. Quiero saber qué hay dentro, qué los motiva.

Y cuando tuve la oportunidad de poner mis manos en el sistema de aprendizaje modular Crowbits de Elecrow, mi reacción fue desarmar los módulos y descubrir sus secretos de inmediato. No recomiendo desarmar los módulos, ya que debe quitar los pines de pogo para volver a ensamblarlos, y es difícil volver a insertarlos sin dañarlos.

Como cuestión de divulgación periodística, he comprado productos Elecrow en campañas anteriores de Kickstarter. Sin embargo, para este artículo, la compañía proporcionó un kit CrowPi complementario que volveré a regalar y donaré a una escuela primaria o secundaria local después de escribirlo.

Aunque Crowbits está técnicamente diseñado para inspirar la curiosidad de la ingeniería en los jóvenes, mi experiencia con los kits también me recordó cuatro lecciones valiosas que un EE adulto puede aprender de estos juguetes y otros similares.

Acerca de Crowbits y kits de Makeblock

Antes de pasar a esas conclusiones, aquí hay algunos antecedentes sobre los kits en sí. Los Crowbits vienen en kits divididos en tres niveles de dificultad:no se requiere programación, se requiere programación y aplicación avanzada.

Cada uno de los tres kits contiene módulos compatibles con lego conectados magnéticamente a través de pines pogo y divididos en categorías codificadas por colores por función:

• Azul:módulos de potencia y lógica
• Amarillo:módulos de entrada
• Verde:módulos de salida
• Naranja:módulos especiales

Puede usar las piezas para hacer de todo, desde un simple sensor de alerta de terremoto que enciende un LED cuando se lo molesta hasta un teléfono celular. Leíste bien:¡un teléfono celular!

El kit Crowbits incluye conectores de clavija pogo magnéticos. Imagen utilizada por cortesía de Elecrow

Estos módulos pueden recordarle la línea Makeblock Neuron de módulos instantáneos que cubrí hace unos años. Estaba tan enamorado de las lecciones de diseño modular que aprendí de Neuron que creé un sistema de sensores súper simple. Y ya tengo algunas ideas sobre productos futuros que podría diseñar utilizando las lecciones aprendidas de la experiencia de Crowbits.

Los kits de neuronas de Makeblock. Imagen utilizada por cortesía de Makeblock

Ambos conjuntos de módulos se programan utilizando un derivado del lenguaje de programación Scratch del MIT llamado Letscode .

Con ese contexto en su lugar, ¿qué puede aprender un ingeniero en ejercicio de los juguetes de estos niños?

Lección 1:Si funciona y es seguro, encuentre una manera de hacerlo más económico

Eliminar microcontroladores superfluos

Basándose solo en las apariencias, parece que Makeblock Neuron proporcionó algo de inspiración de diseño para los módulos de Crowbits. Neuron de Makeblock tiene una característica que me encanta:hay exactamente cuatro pines en cada interfaz y hay un microcontrolador en absolutamente cada módulo. Esto permite que los datos pasen por todos los módulos.

No sirve cualquier microcontrolador; Los microcontroladores Makeblock necesitan al menos dos y, a veces, tres líneas USART disponibles con búferes independientes. Cada microcontrolador lee dos líneas UART, escribe dos líneas UART y requiere un bus de datos en serie más disponible para que UART / SPI / I2C se conecte con los sensores en el bloque.

Una representación simple de una interfaz de comunicación básica UART (receptor / transmisor asíncrono universal)

Esa no es una opción particularmente barata. Pero permitió a los ingenieros crear fácilmente el ecosistema Makeblock. Un bloque puede ser lo que quiera ser siempre que tenga esas dos líneas seriales entrando y saliendo del bloque (una UART a la izquierda, otra a la derecha). Pero también aumenta el costo total del sistema. Después de todo, si el bloque es solo un reóstato o un interruptor momentáneo, ¿necesita tener un microcontrolador? Probablemente no.

Los ingenieros de Crowbits tomaron diferentes decisiones de diseño y avances que reducen el costo de la lista de materiales y aumentan la usabilidad de los módulos. Todavía tienen datos moviéndose entre algunos módulos, pero a veces esos datos son I2C, a veces son SPI, a veces son UART, y para muchos módulos, no hay datos en absoluto, solo un interruptor de suministro de energía.

Esa decisión reduce significativamente el costo de algunos PCB a expensas de un mayor tiempo de diseño.

Reducir el costo del conector

Noté que Makeblock usaba pines pogo magnéticos (moldeados en un solo paquete) en su diseño. Por el contrario, Crowbits utilizó pines e imanes pogo que se deslizan en conectores moldeados por separado.

No sé los ahorros de costos exactos aquí, pero hace varios años, cuando traté de obtener los pines pogo magnéticos utilizados en el diseño de Makeblock, encontré que eran aproximadamente $ 1 USD por par a una cantidad de 1 ku (precio directo de fábrica) . Eso es bastante, ya que los pines e imanes de pogo individuales cuestan solo unos centavos por pieza. Los conectores externos son algunas de las características más caras del proyecto, por lo que imagino que esto redujo el costo general del proyecto de una manera pequeña pero significativa.

Makeblock frente a pines e imanes de pogo de Crowbits

No creo que Crowbits existiría sin Makeblock allanando el camino. Agradezco cada decisión de diseño. Si estuviera haciendo estos bloques, probablemente optaría por la elección de Makeblock porque no creo que tenga la previsión de utilizar la estructura organizativa de Crowbits; han dedicado mucho tiempo a planificar este diseño.

Lección 2:Hágalo ajustable

La ingeniería electrónica es una profesión desafiante. Hay tantos requisitos en competencia para cualquier diseño dado que es difícil hacer otra cosa que no sea concentrarse en la tarea en cuestión. Pero a menudo, si damos un paso atrás, podemos empezar a ver el panorama general.

Crowbits y Makeblock hacen un producto infinitamente ajustable. Pueden reemplazar cualquiera o todos sus módulos sin afectar el rendimiento del sistema. Si una pieza no está disponible por algún motivo, pueden volver a girar la placa para ese módulo por un costo mínimo con nuevas funciones, y el usuario final no se daría cuenta. Pueden expandir o encoger el producto para satisfacer la demanda del mercado.

littleBits es otro kit de electrónica modular que se beneficia de los productos ajustables. Imagen utilizada por cortesía de littleBits

La capacidad de ajuste general hace que estos dos diseños sean relativamente únicos en el espacio de la ingeniería electrónica. Con demasiada frecuencia, los ingenieros caen en la trampa de diseñar soluciones completamente personalizadas para sus clientes. De vez en cuando, veo un diseño esquemático jerárquico en el que un subsistema en particular se presenta un poco más limpio que los demás. O notaré una PCB que me permite rastrear claramente la ruta de la señal a medida que entra y sale de la placa.

Suelen ser ocasiones en las que un ingeniero ha reutilizado partes de diseños anteriores. La reutilización del subsistema puede ahorrar una gran cantidad de tiempo y el diseño modular permite que los miembros del equipo se centren en los aspectos individuales de un diseño.

Por lo tanto, la próxima vez que cree un proyecto, pregúntese si puede integrar este diseño a prueba de futuro mediante la incorporación de un puerto de expansión.

• ¿Hay clavijas GPIO sin usar en el microcontrolador o un bus de datos USART adicional que pueda enrutar hasta el borde de la placa para su uso posterior?
• ¿Quizás pueda enrutarlo a un encabezado sin completar?
• ¿Hay suficiente espacio en el tablero para colocar patrones de tierra alternativos en caso de que la pieza no esté disponible?
• ¿Puede utilizar un módulo certificado por la FCC en lugar de diseñar su propio subsistema inalámbrico?

Lección 3:Hágalo a prueba de idiotas

Suponga que nadie leerá su manual a menos que algo salga mal. La gente saca cosas de la caja, comienza a juntar partes y a presionar botones. A menos que diseñe funciones que impidan activamente que un usuario haga algo que no debería, puede esperar que lo haga.

Tanto Makeblock como Elecrow polarizaron sus dispositivos con imanes y pines pogo. Es difícil, si no imposible, conectar los módulos de forma incorrecta. Los módulos adheridos magnéticamente atraerán naturalmente hacia una conexión adecuada y repelerán una relación incorrecta.

Haga todo lo que pueda (use conectores polarizados, cree conectores con un tono o código de color diferente) para asegurarse de que sus usuarios no necesiten leer el manual para que las cosas funcionen. Eso reducirá el tiempo dedicado a la resolución de problemas de RMA.

Lección 4:Realice una investigación de mercado

Es una suposición bastante acertada que si tiene una idea, otro ingeniero en algún lugar del mundo la ha tenido antes. Antes de comenzar a invertir su tiempo, sudor y sueños en la próxima gran cosa, investigue un poco para determinar si otros están dispuestos a pagar por sus ideas.

Elecrow creó Crowbits porque vieron el éxito de Neuron de Makeblock. Tenían una visión ligeramente diferente de la implementación, pero sabían que había un mercado para ella porque ya estaba en el mercado.

Tanto Makeblock como Elecrow hicieron todo lo posible para mitigar el riesgo al comenzar la producción a través de una campaña de Kickstarter. No fabricaron estos productos "según las especificaciones". Hicieron estos productos sabiendo que había un mercado para ellos.

Si hace diseños para un cliente, sabe que le pagarán. Pero si fabrica cosas para un cliente desconocido en algún lugar del mundo, podría terminar desperdiciando una gran cantidad de tiempo, dinero y salud mental valiosos. Haga todo lo que pueda para aprender de los éxitos o fracasos de otros y desarrollar sus ideas.

Resumen

Las Barbies no son solo para niñas, los camiones de bomberos no son solo para niños y los juguetes para niños no son solo para niños. Dentro de cada juguete, hay cientos de horas de experiencia en ingeniería esperando ser descubiertas. Así que la próxima vez que veas una emocionante campaña de Kickstarter o un nuevo producto en tu bandeja de entrada, ábrelo y explora antes de dárselo a tu sobrino o una escuela local.