Quatre leçons qu'un ingénieur adulte peut tirer des jouets pour enfants

Les jouets pour enfants ne sont pas réservés qu'aux enfants. À l'intérieur de chaque jouet, il y a des centaines d'heures d'expérience en ingénierie qui ne demandent qu'à être découvertes.

Mes parents me rappellent fréquemment qu'aucun appareil électromécanique n'est en sécurité autour de moi depuis l'âge de cinq ans. Ma fascination semble toujours être de mettre des choses ensemble ou de les démonter. J'ai très rarement joué avec les jouets comme les fabricants l'avaient prévu. Je veux savoir ce qu'il y a à l'intérieur, ce qui les motive.

Et quand j'ai eu la chance de mettre la main sur le système d'apprentissage modulaire Crowbits d'Elecrow, ma réaction a été de démonter les modules et de découvrir leurs secrets immédiatement. Je ne recommande pas de démonter les modules car vous devez retirer les broches pogo pour le remontage, et ils sont difficiles à réinsérer sans endommager.

Pour des raisons de divulgation journalistique, j'ai acheté des produits Elecrow lors de campagnes Kickstarter passées. Cependant, pour cet article, la société a fourni un kit CrowPi complémentaire que je redonnerai et donnerai à une école primaire ou intermédiaire locale après avoir écrit.

Même si Crowbits est techniquement conçu pour inspirer la curiosité technique chez les jeunes, mon expérience avec les kits m'a également rappelé quatre leçons précieuses qu'un adulte EE peut apprendre de ces jouets et d'autres comme eux.

À propos des Crowbits et des kits Makeblock

Avant de nous lancer dans ces plats à emporter, voici un petit aperçu des kits eux-mêmes. Les Crowbits sont fournis en kits divisés en trois niveaux de difficulté :aucune programmation requise, programmation requise et application avancée.

Chacun des trois kits contient des modules compatibles Lego connectés magnétiquement via des broches pogo et divisés en catégories codées par couleur par fonction :

• Bleu :modules d'alimentation et logiques
• Jaune :modules d'entrée
• Vert :modules de sortie
• Orange :modules spéciaux

Vous pouvez utiliser les pièces pour tout faire, d'un simple capteur d'alerte de tremblement de terre qui allume une LED lorsqu'il est dérangé à un téléphone portable. Vous avez bien lu :un téléphone portable !

Le kit Crowbits comprend des connecteurs à broches pogo magnétiques. Image utilisée avec l'aimable autorisation d'Elecrow

Ces modules peuvent vous rappeler la gamme de modules Snap de Makeblock Neuron que j'ai couverte il y a quelques années. J'ai été tellement séduit par les leçons de conception modulaire que j'ai apprises du Neuron que j'ai créé un système de capteur super simple. Et j'ai déjà quelques idées sur les futurs produits que je pourrais concevoir en utilisant les leçons apprises de l'expérience Crowbits.

Les kits Makeblock Neuron. Image utilisée avec l'aimable autorisation de Makeblock

Les deux ensembles de modules sont programmés à l'aide d'un dérivé du langage de programmation Scratch du MIT appelé Letscode .

Avec ce contexte en place, qu'est-ce qu'un ingénieur en exercice peut éventuellement apprendre de ces jouets pour enfants ?

Leçon 1 :Si cela fonctionne et que c'est sûr, trouvez un moyen de le rendre moins cher

Supprimer les microcontrôleurs superflus

Sur la base des seules apparences, il semble que le Makeblock Neuron ait fourni une inspiration de conception pour les modules Crowbits. Le Neuron de Makeblock a une fonctionnalité que j'adore :il y a précisément quatre broches sur chaque interface, et il y a un microcontrôleur dans absolument chaque module. Cela permet aux données de traverser tous les modules.

Pas n'importe quel microcontrôleur fera l'affaire; Les microcontrôleurs Makeblock ont ​​besoin d'au moins deux et parfois trois lignes USART disponibles avec des tampons indépendants. Chaque microcontrôleur lit deux lignes UART, écrit deux lignes UART et nécessite un bus de données série supplémentaire disponible pour que UART/SPI/I2C se connecte aux capteurs du bloc.

Une représentation simple d'une interface de communication de base UART (récepteur/émetteur asynchrone universel)

Ce n'est pas une option particulièrement bon marché. Mais cela a permis aux ingénieurs de créer facilement l'écosystème Makeblock. Un bloc peut être ce qu'il veut tant qu'il a ces deux lignes série entrant et sortant du bloc (un UART à gauche, un à droite). Mais cela augmente également le coût global du système. Après tout, si le bloc n'est qu'un rhéostat ou un interrupteur momentané, a-t-il besoin d'un microcontrôleur ? Probablement pas.

Les ingénieurs de Crowbits ont pris différentes décisions et avancées en matière de conception qui réduisent le coût de la nomenclature et augmentent la convivialité des modules. Les données circulent toujours entre certains modules, mais parfois ces données sont I2C, parfois SPI, parfois UART, et pour de nombreux modules, il n'y a aucune donnée - juste un commutateur d'alimentation.

Cette décision réduit considérablement le coût de certains PCB au détriment du temps de conception accru.

Réduire le coût du connecteur

J'ai remarqué que Makeblock utilisait des broches pogo magnétiques (moulées dans un seul emballage) dans leur conception. En revanche, les Crowbits utilisaient des broches pogo et des aimants qui se glissent dans des connecteurs moulés séparément.

Je ne connais pas les économies de coûts exactes ici, mais il y a plusieurs années, lorsque j'ai essayé de me procurer les broches pogo magnétiques utilisées dans la conception de Makeblock, je les ai trouvées à environ 1 $ US par paire pour une quantité de 1 ku (prix direct usine) . C'est un peu puisque les broches et les aimants pogo individuels ne coûtent que quelques centimes par pièce. Les connecteurs externes font partie des fonctionnalités les plus chères du projet, j'imagine donc que cela a réduit le coût global du projet de manière faible mais significative.

Épingles et aimants pogo Makeblock vs Crowbits

Je ne pense pas que Crowbits existerait sans que Makeblock ouvre la voie. J'apprécie chaque décision de conception. Si je faisais ces blocs, j'opterais probablement pour le choix de Makeblock parce que je ne pense pas avoir la prévoyance d'utiliser la structure organisationnelle de Crowbits ; ils ont passé beaucoup de temps à planifier cette conception.

Leçon 2 :Rendez-le ajustable

L'ingénierie électronique est une profession exigeante. Il y a tellement d'exigences concurrentes pour une conception donnée qu'il est difficile de faire autre chose que de se concentrer sur la tâche à accomplir. Mais souvent, si nous prenons du recul, nous pouvons commencer à regarder la situation dans son ensemble.

Crowbits et Makeblock font un produit réglable à l'infini. Ils peuvent remplacer tout ou partie de leurs modules sans affecter les performances du système. Si une pièce devient indisponible pour une raison quelconque, ils peuvent refaire la carte de ce module pour un coût minimal avec de nouvelles fonctionnalités, et l'utilisateur final n'en serait pas plus avisé. Ils peuvent étendre ou réduire le produit pour répondre à la demande du marché.

littleBits est un autre kit électronique modulaire qui bénéficie de produits ajustables. Image utilisée avec l'aimable autorisation de littleBits

L'ajustabilité globale rend ces deux conceptions relativement uniques dans le domaine de l'ingénierie électronique. Bien trop souvent, les ingénieurs tombent dans le piège de concevoir des solutions entièrement sur mesure pour leurs clients. De temps en temps, je verrai une conception schématique hiérarchique où un sous-système particulier est présenté un peu plus proprement que les autres. Ou je remarquerai un PCB qui me permet de tracer clairement le chemin du signal lorsqu'il entre et sort de la carte.

Ce sont généralement des moments où un ingénieur a réutilisé des parties de conceptions précédentes. La réutilisation du sous-système peut faire gagner beaucoup de temps, et la conception modulaire permet aux membres de l'équipe de se concentrer sur les aspects individuels d'une conception.

Ainsi, la prochaine fois que vous créerez un projet, demandez-vous si vous pouvez intégrer la pérennité de cette conception en incorporant un port d'extension.

• Y a-t-il des broches GPIO inutilisées sur le microcontrôleur ou un bus de données USART supplémentaire que vous pouvez acheminer vers le bord de la carte pour une utilisation ultérieure ?
• Peut-être pouvez-vous l'acheminer vers un en-tête vide ?
• Y a-t-il suffisamment d'espace sur la carte pour placer des motifs de terrain alternatifs au cas où la pièce ne serait pas disponible ?
• Pouvez-vous utiliser un module certifié FCC au lieu de concevoir votre propre sous-système sans fil ?

Leçon 3 :Faites-en une preuve idiote

Supposons que personne ne lira votre manuel à moins que quelque chose ne se passe mal. Les gens sortent les choses de la boîte, commencent à assembler des morceaux et à appuyer sur des boutons. À moins que vous ne conceviez des fonctionnalités qui empêchent activement un utilisateur de faire quelque chose qu'il ne devrait pas, vous pouvez vous attendre à ce qu'un utilisateur le fasse.

Makeblock et Elecrow ont tous deux polarisé leurs appareils avec des aimants et des broches pogo. Il est difficile, voire impossible, de connecter incorrectement les modules entre eux. Les modules attachés magnétiquement attireront naturellement vers une connexion appropriée et repousseront une relation inappropriée.

Faites tout ce que vous pouvez - utilisez des connecteurs polarisés, créez des connecteurs avec un pas ou un code de couleur différent - pour vous assurer que vos utilisateurs n'ont pas besoin de lire le manuel pour que les choses fonctionnent. Cela réduira le temps consacré au dépannage RMA.

Leçon 4 :Faire des études de marché

Il est assez probable que si vous avez une idée, un autre ingénieur quelque part dans le monde l'a déjà eue. Avant de commencer à consacrer votre temps, votre sueur et vos rêves à la prochaine grande affaire, faites quelques recherches pour déterminer si les autres sont prêts à payer pour vos idées.

Elecrow a créé Crowbits parce qu'ils ont vu le succès du Neuron de Makeblock. Ils avaient une vision légèrement différente de la mise en œuvre, mais ils savaient qu'il y avait un marché pour cela car il était déjà sur le marché.

Makeblock et Elecrow ont fait tout leur possible pour atténuer les risques en démarrant la production via une campagne Kickstarter. Ils n'ont pas fabriqué ces produits « sur spécifications ». Ils fabriquaient ces produits en sachant qu'il y avait un marché pour eux.

Si vous créez des designs pour un client, vous savez que vous serez payé. Mais si vous faites des choses pour un client inconnu quelque part dans le monde, vous pourriez finir par perdre beaucoup de temps, d'argent et de santé mentale. Faites tout ce que vous pouvez pour apprendre des réussites ou des échecs des autres et tirer parti de leurs idées.

Résumé

Les Barbies ne sont pas réservées aux filles, les camions de pompiers ne sont pas réservés aux garçons et les jouets pour enfants ne sont pas réservés aux enfants. À l'intérieur de chaque jouet, il y a des centaines d'heures d'expérience en ingénierie qui ne demandent qu'à être découvertes. Alors, la prochaine fois que vous verrez une campagne Kickstarter passionnante ou qu'un nouveau produit arrive dans votre boîte de réception, ouvrez-le et explorez-le avant de le donner à votre neveu ou à une école locale.