January 28th, 2015

Игрушки для geeks, которые не такие уж игрушки

Приятельствую/ланчую здесь с русским постдоком, который на медицинском занимается биочипами и поиском лекарств для определенных лейкемий. Он PhD делал в Аризоне и Калифорнии, и рассказал много чего интересного про жизнь в Штатах (но это отдельная история). Среди прочего, посмотрел у него на реальный 3D принтер и его изделия. В 3D принтер он сам вкладывал на kickstarter (кстати, классный crowd fundng project).

А еще он мне поведал про rapid prototyping, что особенно заинтересует гиков и экспериментальных ученых (когда нужно сделать некую сложную хрень, но будет ли она работать и стоит ли это заказывать масштабно изначально непонятно, ну и денег только только на первый образец). Итак, составляющие:

- карта Arduino. Это такая небольшая печатная карта (есть Uno, и еще Arduino micro, совсем маленькая), стоимостью буквально чуть больше двадцати баксов, в слот которой можно вставить кучу разных совместимых карт с разным функционалом. Например, можно купить карту с термометром, магнитометром, радио генератором, электромотором, который будет двигать некий регулятор, со световым сенсором, измерителем влажности, барометром, акселерометром и прочее. Вот примерно как выглядит карта.


Вот как можно подключить Arduino к сервомотору, который может двигать ручку некоторого регулятора.


Вот Ардуино с трехосевым магнетометром



- далее, Arduino можно управлять через маленький компьютер, типа Raspberry Pi. Маленький (размером с кредитную карту) компьютер на каком-то Линуксе. Стоит всего чуть больше 20 долларов. Изначальная цель проекта была - научить детей программированию в виде игры. Напомню, что в Канаде я использовал радио ресиверы, построенные на маленьком Линукс-компьютере схожего, но чуть более серьезного проекта - BeagleBone.

Вот видео, показывает, что такое Распберри Пай, как выглядит и зачем нужен.



Зачем это всё нужно:

- образование детей и взрослых;

- быстрый и дешевый тест прототипов для гиков, старт-аперов и R&D.
Например, вам нужно разработать приложение для регулирование температуры в помещении. У вас есть дома коробочка с термостатом, на которой колесико, регулирующее температуру. Можно купить Ардуино, карту с сервомотором, которая будет наброшено на регулятор термостата, и всё это будет управляться через программу, установленную на Расберри Пай, который может контролироваться простенькой App онлайн через ваш смартфон. Вот вам элемент smart house, когда вы сможете удаленно подогревать ваше помещение на определенное время, когда вас дома нет, и потом выглючать обогрев. Это, после тестирования, можно и коммерциализировать, сделав из прототипа более надежное устройство и запустив производство на аутсорсинговой компании где-нибудь в Азии. Для экспериментальных ученых - можно сделать маленькие метеостанции, или устройства, генерирующие радиочастоты, или измеряющие магнитное поле и реагирующие как-то на это и т.д Возможности огромны.

Разбираюсь с телеметрическими данными

Очень прикольно восстанавливать трек птицы по последовательности радио сигналов, зарегестрированных разными антеннами на автоматических радиовышках. К примеру,

Вот карта наших 10 вышек, которые формировали октагон диаметром около 15-20 км. Птицы были выпущены в центре, где были две вышки R1+R2, установленные рядом (считай в одной точке). На них были антенны, разнесенные на 60 градусов и направленные по следующим азимутам: 350/0, 50, 110, 170, 230, 290. На периферии были установлены 8 вышек S01-S08. На каждой были две антенны, направленные примерно в направлении соседних вышек, так что формировался "забор". Каждая антенна + ее detection range изображены на схеме в виде черной линии длиной 5 км (понятно, что сама антенна короткая :), но так удобнее визуально оценивать район приема сигнала, хотя он мог быть принят и на расстояниях заметно более 5 км, что и было в большинстве случаев).

Array2

Еще хочу заметить, что каждая антенна может принимать сигнал не только строго вдоль "черточек", но и немного всторону и даже в прямо противоположном направлении, но тогда дистанция приема намного меньше. Detection range каждой антенны скорее напоминает электронную орбиталь, т.е. восьмерку, если вы еще помните ее форму из курса химии. Хотя на самом деле всё еще сложнее, и есть еще side lobes. Горизонтальная проекция yagi антенны. Чем больше элементов, тем вытянутее будет main lobe (у нас была аж 9 элементная Яги антенна, т.е. очень вытянутая).

2000px-Sidelobes_en.svg

Вот как выглядит старт птицы (по оси X - время, по Y - сила сигнала в dB, панели справа названы по схеме вышка - азимут линии антенны). Самый длинный хвост на release site вышках (R вышки) аппроксимирует направление полета птицы при старте с места выпуска. Затем ее подбирают вышки на периферии (характерен "горбатый" профиль радио сигнала при пересечении птицей вытянутого в виде половинки восьмерки района приема антенны). Видно, что птица вылетела между седьмой и восьмой вышками и была, по-видимому, сильно ближе к вышке восемь, т.к. ее сигнал подхватила даже направленная на восток антенна восьмой вышки (как я говорил, сигнал может подбираться не только вдоль линии, но и прямо в противоположном направлении, если сигнал близок).

VD
А вот как скорее всего выглядел полет птицы во время пересечения ей района с вышками (желтая линия). Для масштаба - каждая линия - 5 км.
VD2
Место расположения array из автоматич вышек
Map

А вот птица, выпущенная на месте первоначального отлова всех птиц, на северном берегу озера Эри у города Port Rowan. Она просидела на месте выпуска почти две недели, с 26го апреля по 7го мая, и потом резко пересекла южную часть провинции Онтарио, пересекла озеро Гурон в узкой его части, через Bruce Peninsula, и ушла еще севернее (насколько - уже непонятно). Это вся ночь (задокументировано минимум 6 часов полета). Время на картинке внизу GMT, т.е. нужно поправлять на местное. Желтенькие маленькие звездочки на карте - вышки, зарегистрировавшие сигнал (скопление их трех вышек около места выпуска, и потом две вышки у СВ вершины Bruce Peninsula). Это правда самый длинный трек из Онтарио. Другие были короче.

Трек птицы через провинцию

ON
Последовательность сигналов, подбираемых разными вышками
VD3
Расположение MOTUS array (правда во время моей работы еще далеко не все вышки стояли, т.е. плотность была жиже).

MOTUS2
Весь MOTUS array сейчас

MOTUS