大人のエンジニアが子供のおもちゃから学ぶことができる4つの教訓

子供のおもちゃは子供だけのものではありません。すべてのおもちゃの中には、発見されるのを待っている何百時間ものエンジニアリング経験があります。

私の両親は、私が5歳の時から、私の周りに安全な電気機械装置がないことを頻繁に思い出させます。私の魅力はいつも物事をまとめたり分解したりすることにあるようです。メーカーが意図した方法でおもちゃで遊ぶことはめったにありません。何が入っているのか、何が彼らを動かしているのか知りたいのです。

そして、ElecrowのCrowbitsモジュラー学習システムを手に入れる機会を得たとき、私の反応は、モジュールを分解して、すぐにその秘密を発見することでした。再組み立てのためにポゴピンを取り外す必要があり、損傷することなく再挿入するのは難しいため、モジュールを分解することはお勧めしません。

ジャーナリズムの開示の問題として、私は過去のキックスターターキャンペーンでElecrow製品を購入しました。ただし、この記事では、会社が補完的なCrowPiキットを提供しました。このキットは、執筆後に地元の小中学校に寄付します。

Crowbitsは、若者の工学的好奇心を刺激するように技術的に設計されていますが、キットを使った私の経験は、大人のEEがこれらのおもちゃや他のおもちゃから学ぶことができる4つの貴重な教訓を思い出させました。

CrowbitsとMakeblockキットについて

これらのポイントに飛び込む前に、キット自体の背景を少し説明します。 Crowbitsは、プログラミング不要、プログラミング必須、高度なアプリケーションの3つの難易度レベルに分けられたキットで提供されます。

3つのキットにはそれぞれ、ポゴピンを介して磁気的に接続され、機能ごとに色分けされたカテゴリに分類されたレゴ互換モジュールが含まれています。

• 青：電源およびロジックモジュール
• 黄色：入力モジュール
• 緑：出力モジュール
• オレンジ：特別なモジュール

パーツを使って、邪魔されたときにLEDを点灯するシンプルな地震警報センサーから携帯電話まで、あらゆるものを作ることができます。あなたはその権利を読んでいます—携帯電話！

Crowbitsキットには、磁気ポゴピンコネクタが含まれています。 Elecrowの好意により使用された画像

これらのモジュールは、私が数年前に取り上げたスナップモジュールのMakeblockNeuronラインを思い出させるかもしれません。 Neuronから学んだモジュラー設計のレッスンに夢中になり、Super Simple SensorSystemを作成しました。そして、Crowbitsの経験から学んだ教訓を使用して設計する可能性のある、将来の製品についてのアイデアはすでにいくつかあります。

MakeblockNeuronキット。 Makeblockの厚意により使用された画像

モジュールの両方のセットは、 Letscode と呼ばれるMITのScratchプログラミング言語のスピンオフを使用してプログラムされます。 。

そのような状況で、実践的なエンジニアはこれらの子供のおもちゃから何を学ぶことができるでしょうか。

レッスン1：うまくいき、安全であれば、安くする方法を見つけましょう

不要なマイクロコントローラーを削除する

外観だけに基づいて、MakeblockNeuronはCrowbitsモジュールにいくつかのデザインのインスピレーションを提供したようです。 MakeblockのNeuronには、私が気に入っている機能があります。各インターフェイスには正確に4つのピンがあり、すべてのモジュールにマイクロコントローラーがあります。これにより、データがすべてのモジュールを通過できるようになります。

マイクロコントローラだけでなく、 Makeblockマイクロコントローラには、独立したバッファを備えた少なくとも2つ、場合によっては3つの使用可能なUSARTラインが必要です。各マイクロコントローラーは2つのUARTラインを読み取り、2つのUARTラインを書き込み、UART / SPI / I2Cがブロック上のセンサーに接続するために使用可能なもう1つのシリアルデータバスを必要とします。

基本的なUART（ユニバーサル非同期受信機/送信機）通信インターフェースの単純な表現

これは特に安価なオプションではありません。しかし、エンジニアはMakeblockエコシステムを簡単に作成できました。ブロックは、ブロックに出入りする2本のシリアルライン（左側に1本、右側に1本）があれば、どのようなものでもかまいません。ただし、システム全体のコストも増加します。結局のところ、ブロックが単なるレオスタットまたは瞬間的なスイッチである場合、マイクロコントローラーが必要ですか？おそらくそうではありません。

Crowbitsのエンジニアは、BOMコストを削減し、モジュールの使いやすさを向上させる、いくつかの異なる設計上の決定と進歩を行いました。一部のモジュール間でデータが移動することはありますが、そのデータがI2Cである場合もあれば、SPIである場合もあり、UARTである場合もあります。また、多くのモジュールでは、データがまったくなく、電力供給スイッチだけです。

この決定により、設計時間が長くなる代わりに、一部のPCBのコストが大幅に削減されます。

コネクタのコストを削減

Makeblockのデザインに磁気ポゴピン（単一のパッケージに成形）が使用されていることに気づきました。対照的に、Crowbitsは、別々に成形されたコネクタに滑り込むポゴピンと磁石を使用していました。

ここでの正確なコスト削減はわかりませんが、Makeblockの設計で使用されている磁気ポゴピンを調達しようとした数年前、1 kuの数量でペアあたり約1米ドルであることがわかりました（工場直販価格） 。個々のポゴピンと磁石は部品ごとにほんの数ペニーなので、これはかなりの量です。オフボードコネクタはプロジェクトの最も高価な機能の一部であるため、これによりプロジェクト全体のコストがわずかながら大幅に削減されたと思います。

MakeblockとCrowbitsのポゴピンと磁石

Makeblockが道を開くことなしにCrowbitsは存在しないと思います。それぞれのデザインの決定に感謝します。これらのブロックを作成する場合、Crowbitsの組織構造を使用する先見の明がないと思うので、Makeblockの選択を選択する可能性があります。彼らはこの設計の計画に多くの時間を費やしてきました。

レッスン2：調整可能にする

電子工学は挑戦的な職業です。特定の設計には非常に多くの競合する要件があるため、目前のタスクに集中する以外のことを行うことは困難です。しかし、多くの場合、一歩下がると、全体像を見始めることができます。

CrowbitsとMakeblockは、無限に調整可能な製品を作ります。システムのパフォーマンスに影響を与えることなく、モジュールの一部またはすべてを置き換えることができます。何らかの理由で部品が使用できなくなった場合、新しい機能を使用して最小限のコストでそのモジュールのボードを再回転させることができ、エンドユーザーは賢明ではありません。彼らは市場の需要を満たすために製品を拡大または縮小することができます。

littleBitsは、調整可能な製品の恩恵を受けるもう1つのモジュラー電子機器キットです。 littleBitsの好意で使用された画像

全体的な調整機能により、これら2つの設計は電子工学の分野で比較的ユニークになっています。非常に頻繁に、エンジニアはクライアントのために完全にオーダーメイドのソリューションを設計するという罠に陥ります。時々、特定のサブシステムが他のサブシステムよりも少しすっきりと配置された階層的な概略設計を目にします。または、PCBがボードに出入りするときに、信号パスを明確にトレースできることに気付くでしょう。

これらは通常、エンジニアが以前の設計の一部を再利用した場合です。サブシステムの再利用により時間を大幅に節約でき、モジュラー設計によりチームメンバーは設計の個々の側面に集中できます。

したがって、次にプロジェクトを作成するときは、拡張ポートを組み込むことで、この設計の将来性を統合できるかどうかを自問してください。

• マイクロコントローラーまたは追加のUSARTデータバスに未使用のGPIOピンがあり、後で使用するためにボードのエッジにルーティングできますか？
• おそらく、データが入力されていないヘッダーにルーティングできますか？
• パーツが利用できない場合に備えて、代替のランドパターンを配置するのに十分なボードスペースがありますか？
• 独自のワイヤレスサブシステムを設計する代わりに、FCC認定モジュールを使用できますか？

レッスン3：ばかげた証拠にする

何か問題が発生しない限り、誰もあなたのマニュアルを読まないと仮定します。人々は箱から物を取り出し、ビットを組み立て始め、ボタンを押します。ユーザーがすべきでないことを積極的に阻止する機能を設計しない限り、ユーザーがそれを行うことを期待できます。

MakeblockとElecrowはど​​ちらも、磁石とポゴピンでデバイスを極性化しました。モジュールを不適切に接続することは、不可能ではないにしても、困難です。磁気的に取り付けられたモジュールは、自然に適切な接続に引き付けられ、不適切な関係をはじきます。

極性のあるコネクタを使用する、異なるピッチのコネクタを作成する、カラーコードを使用するなど、できる限りのことを行って、ユーザーがマニュアルを読んで作業を行う必要がないようにします。これにより、RMAのトラブルシューティングにかかる​​時間が短縮されます。

レッスン4：市場調査を行う

あなたがアイデアを持っているなら、世界のどこかで別のエンジニアが以前にそれを持っていたということはかなり良い推測です。あなたがあなたの時間、汗、そして夢を次の大きなものに捨て始める前に、他の人があなたのアイデアにお金を払っても構わないと思っているかどうかを決定するために少し研究をしてください。

Elecrowは、MakeblockのNeuronの成功を見たため、Crowbitsを作成しました。彼らは実装に関して少し異なった見方をしていましたが、それはすでに市場に出ていたので、彼らはそれのための市場があることを知っていました。

MakeblockとElecrowはど​​ちらも、Kickstarterキャンペーンを通じて制作を開始することで、リスクを軽減するためにできる限りのことを行いました。彼らはこれらの製品を「仕様どおり」に製造していませんでした。彼らは彼らのための市場があることを知ってこれらの製品を作りました。

クライアントのためにデザインを作成する場合、あなたはあなたが報酬を受け取ることを知っています。しかし、世界のどこかで未知の顧客のために物を作ると、貴重な時間、お金、メンタルヘルスを大量に浪費することになりかねません。他の人の成功または失敗から学び、彼らのアイデアに基づいて構築するために、できることは何でもしてください。

概要

バービーは女の子だけのものではなく、消防車は男の子だけのものではなく、子供のおもちゃは子供たちだけのものではありません。すべてのおもちゃの中には、発見されるのを待っている何百時間ものエンジニアリング経験があります。そのため、次にエキサイティングなKickstarterキャンペーンを目にしたときや、新製品が受信トレイに入ってきたときは、甥や地元の学校に渡す前に、それを開いて調べてください。