3D Εκτυπώστε τα δικά σας εργαλεία μετρήσεων για τα άτομα με προβλήματα όρασης - 💡 Fix My Ideas

3D Εκτυπώστε τα δικά σας εργαλεία μετρήσεων για τα άτομα με προβλήματα όρασης

3D Εκτυπώστε τα δικά σας εργαλεία μετρήσεων για τα άτομα με προβλήματα όρασης


Συγγραφέας: Ethan Holmes, 2019

Σε συνεργασία με την Σχολή Τυφλών του Μιζούρι, το Εργαστήριο D'Arcy στο Τμήμα Χημείας στο Πανεπιστήμιο της Ουάσιγκτον στο St. Louis δημιουργεί συναρπαστικά διδακτικά εργαλεία για μαθητές με προβλήματα όρασης. Ιδιαίτερη έμφαση δίνεται στη μέτρηση και στον προσανατολισμό του χώρου - τα οριστικά σχέδια περιλαμβάνουν τόσο μια πλακέτα μέτρησης Braille όσο και ένα παχύμετρο Braille (τα οποία είναι διαθέσιμα για λήψη). Προσπαθούμε να εμβαθύνουμε το αντικείμενο του έργου μας δημιουργώντας πιο περίπλοκα αντικείμενα που θα βοηθήσουν τους μαθητές να κατανοήσουν τα βασικά στοιχεία της συμμετρίας, μια έννοια ζωτικής σημασίας για τη χημεία, τα μαθηματικά, τις καλές τέχνες και πολλά άλλα.

Οι μαθητές σε προπτυχιακά μαθήματα οργανικής χημείας χτυπούν συχνά έναν τοίχο όπου μια δισδιάστατη αναπαράσταση ενός μορίου δεν μεταφράζεται στο επιδιωκόμενο τρισδιάστατο αντικείμενο. Η δυσκολία στην εννοιοποίηση του τρισδιάστατου χώρου είναι πηγή απογοήτευσης για πολλούς, καθώς δεν είναι γνώση που μπορεί να μεταδοθεί μέσω της απομνημόνευσης ρόλων. Είναι συνηθισμένο τα μαθήματα οργανικής χημείας σε επίπεδο κολλεγίων να συστήνουν τη χρήση "κιτ μοντελοποίησης" για να βοηθήσουν τους σπουδαστές να δημιουργήσουν απτικές συνδέσεις με ορατές έννοιες. Αυτά τα κιτ συχνά περιορίζονται στην ικανότητά τους να εκπροσωπούν συστήματα με εξαιρέσεις, προσδίδοντας ψευδώς κάποια έννοια της "ακαμψίας" της γεωμετρίας που σχετίζεται με τη χημεία, ενώ ταυτόχρονα οι μαθητές μαθαίνουν ευνοϊκές γεωμετρικές παραμορφώσεις και μεταβατικές καταστάσεις.Ως ομάδα αποτελούμενη κυρίως από χημικούς από την εκπαίδευση, αρχικά επικεντρώσαμε τις προσπάθειές μας στο σχεδιασμό "εξαιρετικών" μορίων για την εκτύπωση 3D, που θα βοηθούσε κάποιον να κατανοήσει τις γεωμετρικές παραμορφώσεις. Υποστηρίξαμε την έννοια αυτή με τη σήμανση των μορίων με απίστευτα χτυπήματα και δείκτες, επιτρέποντας σε κάποιον να παρακολουθεί τη χειραγώγηση ενός μορίου στο διάστημα μόνο μέσω της αφής.

Η αναμετάδοση πληροφοριών με βάση μόνο την τακτική δεν είναι μια νέα ιδέα. Ίσως η πιο επιτυχημένη και εύκολα αναγνωρίσιμη πραγματοποίηση ενός συστήματος αφής γραφής είναι γνωστή ως Braille, που αναπτύχθηκε από το γαλλικό συγγραφέα Louis Braille το 1824 σε νεαρή ηλικία των δεκαπέντε. Ξεκινήσαμε να δοκιμάζουμε τρόπους εφαρμογής του Μπράιγ στα σχέδια μας. όπως αποδεικνύεται, η διαδικασία εκτύπωσης μοντελοποίησης με συγκολλημένη εναπόθεση επιτρέπει την εύκολη δημιουργία ανυψωμένων ανωμαλιών σε μη επίπεδες επιφάνειες, τέλεια για το Braille. Τα πρώτα μας σχέδια ήταν απλοϊκά και επικεντρώθηκαν γύρω από τη μοριακή γεωμετρία (όπως οι 3D εκτυπώσεις που παρουσιάζονται στην παρακάτω φωτογραφία), μια προσπάθεια εξοικείωσης με τον σχεδιασμό και την εκτύπωση τρισδιάστατων μοντέλων.

Braille ενσωματωμένο σε μια μοριακή αναπαράσταση του διοξειδίου του άνθρακα, με αμμωνία, αμμώνιο, ένα τετράεδρο και ένα οκταεδρόν κοντά. Δομές σχεδιασμένες και τυπωμένες από τους Zac Christensen, Emma Mehlmann και Daniel Cotton.

Μια εκτύπωση γραμμικού διοξειδίου του άνθρακα είναι ενσωματωμένη με την προσπάθειά μας να γράψουμε το "CO2" στο Braille - το λέει μάλλον αδέξια ως "κεφαλαίο c κεφάλαιο o αριθμό τρία τρία." Είναι σημαντικό να σημειωθεί ότι το Braille που χρησιμοποιείται σήμερα δεν είναι άμεσα μεταγραφικό. Ενώ το Braille μπορεί να χρησιμοποιηθεί για να εκφράσει και τις 26 επιστολές του λατινικού αλφάβητου, οδηγώντας έτσι σε πιθανή μεταγραφή οποιουδήποτε κειμένου σε οποιαδήποτε γλώσσα με απλή αλλαγή γραμματοσειράς, έχει βελτιστοποιηθεί καθ 'όλη τη διάρκεια των ετών για διάφορες γλώσσες. Το Unified English Braille αποτελείται από ένα τεράστιο αρχείο συστολών, δεικτών και συμβόλων που χρησιμεύουν για τη μεγιστοποίηση της αναγνωσιμότητας των κειμένων που έχουν γραφτεί σε γραφή Μπράιγ. Το πίσω μέρος του μοντέλου διαβάζει σωστά τη "Γραμμική", αναφερόμενη στη μοριακή γεωμετρία του διοξειδίου του άνθρακα, αλλά τελικά γνωρίζαμε ότι οι ενσωματωμένες πληροφορίες σε μελλοντικά σχέδια έπρεπε να μεταδοθούν σαφώς και συνοπτικά χωρίς να προκαλείται υπερβολική σύγχυση. Αυτός ο στόχος θα ήταν αδύνατο να επιτευχθεί χωρίς τη βοήθεια των εκπαιδευομένων με γραφή Braille και των σπουδαστών στην κοντινή Σχολή Μασούριων για τους Τυφλούς, παρέχοντας μας πολύτιμες ανατροφοδοτήσεις και προτάσεις. Η Σχολή Τυφλών του Μισσούρι αναγνωρίζεται ως το πρώτο ίδρυμα στις Ηνωμένες Πολιτείες για να υιοθετήσει επίσημα το Braille το 1860. Η υπομονή και η προθυμία των δασκάλων και των φοιτητών της MSB να συνεργαστούν μαζί μας και να παρέχουν ειλικρινή και εμπεριστατωμένη ανατροφοδότηση για τα σχέδιά μας μας οδήγησε την εργασία που περιγράφεται εδώ.

Αφού παρουσίασε τα μοντέλα μας σε αρκετούς καθηγητές στο MSB και συζήτησε την παιδαγωγική, ο δάσκαλος των μαθηματικών αναφέρθηκε στη δυσκολία που οι φοιτητές του είχαν κάνει μετρήσεις με κυβερνήτες. Οι φοιτητές είναι εφοδιασμένοι με κυβερνήτες ενσωματωμένους με Braille, που διανέμονται από την αμερικανική τυπογραφία για τους τυφλούς (APH). Αποδεικνύεται ότι η μεγάλη δυσκολία στη μέτρηση δεν προέρχεται από τους ίδιους τους ηγεμόνες αλλά από τον χωρικό προσανατολισμό που απαιτείται για τη μέτρηση τριών χωριστών διαστάσεων, δηλαδή του μήκους, του πλάτους και του ύψους. Οι μαθητές συχνά περιστρέφουν αντικείμενα στα χέρια τους ενώ πραγματοποιούν μετρήσεις, γρήγορα χάνοντας το κομμάτι της πλευράς που είχε μετρηθεί προηγουμένως, οδηγώντας σε σύγχυση. Αυτό είναι απολύτως κατανοητό - δεν υπάρχει σύστημα σταθερού άξονα όταν περιστρέφεται ένα αντικείμενο στο διάστημα και επομένως οι διακρίσεις "ύψος, πλάτος και μήκος" είναι εντελώς αυθαίρετες. Αυτό καθιστά ιδιαίτερα δύσκολο για έναν δάσκαλο να διασφαλίσει ότι ολόκληρη η τάξη του εργάζεται με το ίδιο σύνολο αξόνων. Ξεκινήσαμε να δημιουργούμε αντικείμενα που θα επιτρέψουν στον μαθητή να διαφοροποιήσει ορισμένες πλευρές ακόμα και μετά την περιστροφή. Αυτά τα cuboids έχουν ενσωματωμένες υφές για να επιτρέπουν σταθερή αντιστοίχιση πλευρών και κατευθύνσεων:

Ο αρχικός σχεδιασμός μας περιελάμβανε προς τα πάνω τρίγωνα που δείχνουν προς τα πάνω και την πλευρά που συνήθως ορίζεται ως "μήκος" και την κορυφή του αντικειμένου. Η πλευρά "πλάτους" είναι ενσωματωμένη με παράλληλες κάθετες κορυφογραμμές. Ένας άλλος σχεδιασμός περιλαμβάνει ένα σταυροειδές δείκτη για την κορυφή του αντικειμένου και κάθετες γραμμές και στις δύο ομάδες προσόψεων τόσο για ένα κύβο όσο και για έναν κύβο. Μια προσπάθεια αναμετάδοσης της ιδέας ενός σταθερού καρτεσιανού άξονα συντεταγμένων παρουσιάζεται επίσης, όπου ένα σημείο προέλευσης (0, 0, 0) ορίζεται από τη διασταύρωση τριών μοναδικών σημείων ανύψωσης άκρων, ενός τετραγώνου, ενός στρογγυλεμένου και ενός διαχωρισμένου σφαιριδίου . Το μοντέλο μπορεί να περιστρέφεται ελεύθερα στο διάστημα ενώ διατηρεί το αρχικό του σύνολο αξόνων.

Με την εισαγωγή αυτών των αντικειμένων στους φοιτητές της MSB, ήμασταν ενθουσιασμένοι που τους βλέπαμε τόσο συναρπασμένοι με την πραγματική διαδικασία της 3D εκτύπωσης. Η αίσθηση της αφής τους είναι τόσο εκλεπτυσμένη ώστε αμέσως παρατηρούσαν τις κορυφογραμμές μεταξύ των επιμέρους στρωμάτων του νήματος PLA πριν παρατηρήσουν οποιαδήποτε από τις μεγαλύτερες διαφορές στις υφές μεταξύ των πλευρών. Συνειδητοποιήσαμε ότι το απαιτούμενο επίπεδο εξήγησης γρήγορα έκανε αυτά τα αντικείμενα σε μια πηγή σύγχυσης - "είναι τα τρίγωνα του καθενός που δείχνουν προς τα πάνω στην αριστερή και τη δεξιά πλευρά των κυβοειδών τους" δεν είναι απαραιτήτως σύντομη και σαφής. Επιπλέον, το γεγονός ότι η μέτρηση περιοριζόταν σε ειδικά σχεδιασμένα αντικείμενα καθιστούσε την εφαρμογή ανέφικτη - τι γίνεται αν ο μαθητής θέλει να μετρήσει ένα βιβλίο;

Η ανταλλαγή ιδεών με τους δασκάλους του MSB μας οδήγησε στην ιδέα της δημιουργίας μιας «βάσης» που θα χρησίμευε ως σταθερό σύστημα τρισδιάστατων συντεταγμένων. Με αυτό τον τρόπο, μπορεί να μετρηθεί οποιοδήποτε αντικείμενο, καθώς δεν χρειάζεται να ενσωματωθεί με ειδικούς δείκτες προσανατολισμού. Σε διάστημα πολλών μηνών, ο σχεδιασμός βελτιστοποιήθηκε και το τελικό προϊόν παρουσιάζεται παρακάτω. Το χαρτόνι σχεδιάστηκε στο AutoCAD, εισήχθη σε VCarve Pro και τελικά κόπηκε από ινοσανίδα μέσης πυκνότητας με δρομολογητή CNC Shopbot Desktop. Αρχικά σχεδιάσαμε να χρησιμοποιήσουμε τρεις διαχειριστές braille ΑΡΗ ως άξονες x, y και z. Αυτό είναι συμβατό με τους άξονες y και z, αλλά κατά την περιστροφή του χάρακα για τον άξονα x, η αρίθμηση βρίσκεται πίσω. Έτσι, ξεκινήσαμε να σχεδιάζουμε τους δικούς μας οδηγούς Braille που θα μπορούσαν εύκολα να εκτυπωθούν σε οποιοδήποτε εκτυπωτή FDM. Δεδομένου ότι αυτά είναι ως επί το πλείστον επίπεδα αντικείμενα με υπερυψωμένα γράμματα, είναι απίστευτα εύκολο να εκτυπώνονται σε υψηλή ανάλυση. Το μπράιγ που είναι ενσωματωμένο στις επιφάνειές τους είναι ξεκάθαρο, αν και είναι λίγο τραχύ σύμφωνα με τους μαθητές, οπότε ήταν απαραίτητο κάποιο ελαφρύ τρίψιμο. Ο άξονας ζ είναι ειδικά σχεδιασμένος με αυλακώσεις για να επιτρέπει στον οδηγό να ολισθαίνει προς τα πάνω και προς τα κάτω στον χάρακα για να διευκολύνει τον προσδιορισμό του ύψους ενός αντικειμένου. Πραγματοποιήθηκαν αρκετές επαναλήψεις αυτού του σχεδιασμού και προσδιορίστηκε ότι οι αυλακώσεις ήταν βέλτιστες, επιτρέποντας στον οδηγό να ολισθαίνει με ήπια δύναμη αλλά όχι λόγω βαρύτητας.

Ο πλήρης χάρακας του άξονα z με οδηγό

Παρέχεται χώρος για κεραμίδια "τίτλου", επιτρέποντάς του να περιγράψει το σύστημα μέτρησης (δηλ. Μέτρηση, αποκομμάτων 1cm).

Ένας καρτεσιανός άξονας συντεταγμένων μετρά τις διαστάσεις ενός μοντέλου κλίμακας του κυττάρου μονάδας ενός κρυστάλλου διαμαντιού. Diamond πλέγμα σχεδιασμένο και τυπωμένο από τον Micah Rubin.

Ο σχεδιασμός του άξονα ζ μας οδήγησε να εξετάσουμε ένα άλλο σχέδιο που θα μπορούσε να χρησιμοποιηθεί ανεξάρτητα από ή σε συνδυασμό με την πλακέτα μέτρησης. Ένας μαθητής ήταν ιδιαίτερα ενθουσιασμένος με την προοπτική να έχει το δικό του πίνακα μετρητών και κυβερνήτες στο σπίτι, έτσι ξεκινήσαμε να σχεδιάζουμε ένα ελαφρώς πιο φορητό εργαλείο, αγαπημένο από τους κατασκευαστές: ένα πάχος. Ο σχεδιασμός του χάρακα είναι παρόμοιος με αυτόν του χάρακα του άξονα y στην παραπάνω φωτογραφία, αν και το Braille έχει ελαφρώς τροποποιηθεί για να μετρήσει από 0-18cm. Η δαγκάνα εκτυπώνεται σε τέσσερα μέρη: μια βάση, μια κορυφή, μια ολίσθηση και ο ίδιος ο χάρακας. Η ολίσθηση είναι τοποθετημένη στις ράγες οδήγησης και η κορυφή και η βάση είναι στερεωμένες στο χάρακα με εποξειδικό, όπως φαίνεται στην παρακάτω φωτογραφία.

Ένα πλήρως τρισδιάστατο φορητό Braille δαγκάνας για εύκολη μέτρηση.

Η συνεργασία μεταξύ του εργαστηρίου μας και της Σχολής Τυφλών του Μιζούρι είναι σε εξέλιξη και αναμένουμε πολλά πιο συναρπαστικά σχέδια για να έρθουν. Ως αποτέλεσμα αυτού του έργου, το MSB έχει λάβει σημαντική επιχορήγηση που του επέτρεψε να αγοράσει τον δικό του 3D εκτυπωτή. Αυτό, βέβαια, υπήρξε χτύπημα μεταξύ των μαθητών. Βοηθούμε καθηγητές στο MSB experiment με το πρόγραμμα 3D modeling Rhinoceros, ένα ισχυρό εργαλείο που θα τους επιτρέψει να κάνουν αλλαγές στα σχέδια μας, καθώς και να δημιουργήσουν τα δικά τους σχέδια όταν προκύψουν ανάγκες. Τα μελλοντικά έργα περιλαμβάνουν μοριακές δομές με εσωτερικές ταχύτητες που επιτρέπουν περιστροφικές δεσμεύσεις και προσαρμογή γωνίας δέσμευσης, μοντέλα με επισημασμένα μοριακά τροχιακά, πιο σύνθετα κρυστάλλινα πλέγματα και πολλά άλλα.

Μπορείτε να κατεβάσετε τα αρχεία STL και 3DM για τα μοντέλα που εμφανίζονται εδώ. Για πληροφορίες επικοινωνίας και περισσότερα σχετικά με αυτά τα έργα, επισκεφθείτε τον ιστότοπο του εργαστηρίου μας. Για περισσότερες πληροφορίες, μπορείτε επίσης να επισκεφθείτε το The Missouri School for the Blind.



Μπορεί Να Σας Ενδιαφέρει

Παρουσιάζοντας το ξεκίνημα με την επεξεργασία και τη νέα σειρά μας, Codebox

Παρουσιάζοντας το ξεκίνημα με την επεξεργασία και τη νέα σειρά μας, Codebox


Το πρόγραμμα XLR8 συνδυάζει ταχύτητα FPGA με κωδικοποίηση Arduino

Το πρόγραμμα XLR8 συνδυάζει ταχύτητα FPGA με κωδικοποίηση Arduino


Επιτυχής μπαλόνι Υψηλού Υψόμετρου!

Επιτυχής μπαλόνι Υψηλού Υψόμετρου!


Κατασκευάστε αυτό το νεροχύτη δεξαμενής απορροής νερού

Κατασκευάστε αυτό το νεροχύτη δεξαμενής απορροής νερού