Вони скрізь у сезон. Той самий скелет, що круто танцює, у вітрині. Надувний сніговик, який обертається, коли ви проходите повз. Подарунок “Гіпер-розгойдується монстр”, який виглядає абсурдно, поки не починає тремтіти о 3 годині ночі, тому що кішка стрибнула на сходи. Ви бачили їх у торговому центрі. На блошиних ринках. У тих сумнівних телевізійних рекламних роликах.
Магія полягає не у відсік для батарейок. Вона у тому, як змусити їх рухатися.
Більшість цих новорічних новинок використовують один із трьох конкретних тригерів, щоб розпочати шоу. Відкладемо кнопку убік і подивимося на технологію.
Більшість новорічних фігурок з активацією руху використовують звукові або інфрачервоні датчики для виявлення присутності.
Якщо ви кричите на нього, то він рухається. Якщо махаєте рукою, він танцює. Якщо натискаєте невеликий перемикач знизу, він починає працювати. Ось і все. Три методи. Три способи витратити електрику та налякати сусідів.
Але чому деякі моделі реагують тільки на звук, інші глухі до вашого голосу, але чутливі до руху? Відповідь у типі датчика. Фігурки з активацією звуку використовують мікрофонну схему. Ті, що реагують на рух використовують пасивний інфрачервоний (PIR) датчик або прості датчики наближення. Знання того, який тип ви купили, позбавить вас необхідності стояти у вітальні і кричати на пластикового оленя.
Механіка руху
Магія починається в той момент, коли ви вмикаєте перемикач. Фігурка не просто стоїть на місці. Вона рухається. У ритмі. Під трек, що грає з її бази. Але не всі моделі поставляються з встановленою музикою. Деякі версії розумніші. Вони чекають на ваш плейлист. Синхронізуються із CD-плеєром у сусідній кімнаті або радіоприймачем на кухонному столі. Це бездротовий зв’язок. Загальний ритм.
Тепер ми розкриваємо оболонку. Піднімаємо кришку. Заглядаємо в нутро механізму. Що саме приводить все у дію? Динаміки? Мотори? Світлові елементи?
Всередині корпусу
“Деякі моделі дійсно танцюють під музику з власного CD-плеєра або радіо.”
Не просто магія. Це – інженерія. Нам слід розглянути шестерні. Ланцюги. Проведення. Як звук перетворюється на рух? Як очі світяться у темряві? Давайте піднімемо завісу.
Механіка танцю
На мить забудьте про яскравий зовнішній вигляд. Так званий монстр, що танцює, — це не магія. Це чиста, бездоганна механічна елегантність. Приберіть пластиковий корпус і тканинну оболонку, і ви виявите напрочуд складний скелет. Йому не потрібен мікроконтролер. Йому не потрібна мікросхема. Лише один двигун. І кілька шестерень.
Синхронізація з ритмом
Натисніть кнопку на основі. Пісня Monster Mash починається негайно. Ви чуєте пару ударів біта, перш ніж двигун вмикається (Малюнок 2 ). Ось у чому суть: двигун обертається не безперервно. Він змінює напрямок обертання. Щоразу, коли падає біт, він розвертається. Він обертається вперед, потім, ідеально потрапляючи в ритм треку.
Зниження швидкості для точного таймінгу
Як крихітний двигун встигає за поп-піснею? Він не намагається це зробити. Він сповільнюється. Вал двигуна з’єднаний з великим колесом за допомогою простої гумової передачі. Така конструкція діє як знижувальна передача. Використовуючи велике колесо, система перетворює високошвидкісне, низькомоментне обертання двигуна на повільне, але потужне обертання, необхідне імітації танцювальних рухів. Таймінг тут не цифровий. Він фізичний. Все робить передатне число шестерень.
Механізм заснований на простій, але ефективної передачі енергії. Металевий вал з’єднує великий колесо, що рухається ременем (Малюнок 3 ), з вторинним колесом. Коли двигун обертає первинне колесо туди-сюди, цей коливальний рух безпосередньо передається на друге колесо.
На цьому другому колесі закріплена пластикова ручка (малюнок 4). Вона знаходиться всередині довгий паза на внутрішній стороні задньої панелі монстра. Ця конструкція, по суті, працює як кулачковий механізм. Передня та задня панелі корпусу скріплені болтами та закріплені на основній рамі двома металевими штифтами (Малюнок 5 ). Ці штифти потрібні як для структурної цілісності; вони дозволяють всьому корпусу ковзати.
Коли пластикова ручка переміщається з боку в бік усередині паза, вона штовхає корпус. Ця бічна сила перетворюється на видиму поперечну хитавицю. Монстр не просто ходить дома. Він вібрує. Штифти направляють рух, зберігаючи вирівнювання панелей та дозволяючи необхідне зміщення.
Рух перестав бути випадковим. Це пряме перетворення обертального руху на лінійну хитавицю.
Така система гарантує, що монстр виглядає живим без складних електронних компонентів. Рух вперед-назад двигуна перетворюється на танець з боку на бік. Це – механічний театр. Корпус повертається довкола цих штифтів. Ручка приводить у рух. Результат – істота, яка не просто існує на одному місці. Воно рухається.
У цьому є ритм. Двигун задає темп. Вал передає енергію. Ручка перетворює її. Штифти обмежують траєкторію. Результатом є певний вид анімації. У ній видно фізику. Не магія. Це просто шестірні та штифти, що працюють послідовно.
Монстру не потрібно повертатись, щоб виглядати небезпечним. Йому досить похитуватися. Бічний рух створює напругу. Воно має на увазі вагу. Воно припускає, що щось важке зміщується. Пластикова ручка в пазу це серце цієї ілюзії. Без неї корпус залишався статичним. З нею вся конструкція реагує.
Це розумне використання найпростіших деталей. Жодних сервоприводів. Жодного складного програмування. Просто паз та штифт. Монстр “дихає”, рухаючись убік. Колесо, що наводиться ременем, задає ритм. Металевий вал гарантує, що нічого не втрачається під час перетворення. Корпус слідує за рухом.
Що відбувається, коли двигун сповільнюється? Качка стає млявою. Монстр, здається, вагається. Рух не зупиняється різко. Воно згасає. Штифти продовжують з’єднувати панелі. Ручка залишається у зачепленні. Ілюзія зберігається.
Конструкція ефективна. Вона використовує існуючий рух колеса, що наводиться ременем. Вона не витрачає енергію марно. Вона перенаправляє її. Пластикова ручка є довговічною. Металеві штифти міцні. Панелі корпусу тверді. Все це працює разом.
Можна простежити шлях руху. Почніть з двигуна. Слідуйте за ременем. Спостерігайте, як обертається колесо. Бачіть з’єднання валу. Знайдіть ручку. Простежте паз. Слідуйте за штифтами. Бачіть рух корпусу. Це – цикл. Цикл. Механічне серцебиття.
Монстру не треба гарчати, щоб вражати. Рух говорить сам за себе. Воно тонке. Воно послідовне. Воно зумовлене фізикою. Конструкція елегантна своєю простотою. Вона не ускладнює анімацію. Вона зосереджена одному. Боковий рух.
І цього достатньо. З боку у бік
Як насправді рухаються руки
Не магія. Це вертикальна пластикова вставка, захована просто під ліктьовим суглобом. Металевий штифт, трохи нахилений до бокової сторони корпусу, проходить через отвір у верхній частині цієї вставки. Коли тулуб монстра похитується, вставка ковзає вгору і вниз штифтом. Проста фізика. Цей ковзний рух змушує передпліччя різко підніматися чи опускатися. Жодних проводів. Жодних сервоприводів. Лише важіль.
Зубчаста система, що приводить ноги в рух
Загляньте всередину нижньої частини передньої та задньої панелі корпусу. Ви побачите формовані пластикові зубці шестерень. Вони зачіплюються з аналогічними шестернями, які розташовані у верхній частині кожної ноги. Цей зв’язок жорсткий.
Кожна нога також оснащена металевим штифтом, що проходить через неї там, де нога входить у черевик. Цей штифт дозволяє нозі повертатися з боку на бік. Магія відбувається у взаємодії між рухом корпусу та цими шестернями. Коли корпус зміщується ліворуч або праворуч, шестерні вступають у зачеплення. Ноги рухаються у протилежному напрямку. Це зустрічний рух. Ви штовхаєте в один бік, а ноги гойдаються в інший. Так працює цикл ходьби.
Миготливі очі і мозок чудовиська
Рух – не єдине, що створює цей ефект. За зловісний погляд монстра відповідають два зелені світлодіоди (LED). (Малюнок 9 ) Ці вогні не статичні. Вони безпосередньо підключені до друкованої плати, прихованої на підставі, що діє як центральний вузол розподілу живлення.
Секрет криється у таймінгу. Імпульси електрики подаються на ці діоди, включаючи їх на частки секунди. Результатом є мерехтіння, синхронізоване з бітом. Якщо музика прискорюється, очі починають швидко рухатись. Якщо темп сповільнюється, свічення затримується. Це створює моторошне відчуття, ніби жива істота дивиться вам у відповідь.
Друкована плата та керування двигуном
Якщо придивитися до основи (Малюнок 10 ), можна побачити друковану плату (Малюнок 11 ), яка об’єднує всі компоненти. Це не просто розподільна коробка. У ній знаходиться крихітна інтегральна схема (ІС), яка служить справжнім «мозком» іграшки.
Завдання цієї мікросхеми специфічне: вона зберігає дані музичної композиції. Але вона не просто відтворює звук. Вона синхронізує обертання двигуна із треком. Це досягається шляхом чергування напряму струму. Одночасно струм штовхає двигун за годинниковою стрілкою. Наступного він змінює напрямок, змушуючи його обертатися проти годинникової стрілки. Цей рух туди-сюди створює хаотичний ефект.
Інтегральна схема непросто відтворює музику; вона фізично диктує рухи монстра, змінюючи напрямок обертання двигуна в такт біту.
Без цієї мікросхеми у вас був би просто гуде двигун і лампочка. Саме ІС перетворює шумну коробку на ритмічного виконавця. Механізм насправді простий. Це просто електрика, що змінює напрямок. Але в поєднанні з миготливими очима цього достатньо, щоб змусити вас здригнутися.
Можна майже побачити, як крутяться шестерні. Мікросхема обчислює біт. Двигун підпорядковується. Очі спалахують. Це замкнутий цикл логіки та світла. І він працює щоразу.
П’ять пар проводів з’єднують основну плату із зовнішніми компонентами. Це простий джгут, але кожна пара виконує свою конкретну функцію.
Лінія живлення
Спочатку йде джерело харчування. Проста пара із червоного та чорного проводів йде до відсіку для батарейок. Усередині ви знайдете чотири батареї типу AA. Звідти і надходить енергія.
Механізм запуску
Далі слідує послідовність запуску. Два жовті дроти з’єднують невелику кнопку на верхній поверхні основи з платою. Натиснувши на неї, ви замикаєте ланцюг. Це сигнал для плати почати виконання послідовності.
Переміщення деталей
Пара проводів для двигуна також червоного та чорного кольору. Вона виконує суто функціональне завдання: подає струм для роботи двигуна. Тут немає жодних складних сигналів, лише чиста потужність.
Підсвічування голови
Для візуального ефекту подивіться на пару проводів для світлодіодів (LED). Один помаранчевий та один червоний провід призначений для подачі живлення на світлодіоди, приховані в голові монстра. Саме так він світиться.
Аудіовихід
І нарешті, компонент “звуку”. Пара білих дротів передає сигнал на динамік. Це остання ланка в ланцюзі.
(Малюнок 12 )
Саме в цьому крихітному динаміці, прихованому в основі, відбувається справжня магія. Він приймає аудіосигнал від внутрішнього чіпа і перетворює його на звук. Без нього танцювальний монстр — лише беззвучна пластикова фігурка.
Якщо ви хочете глибше розібратися в механіці цих анімованих іграшок, на наступній сторінці наведено технічний опис.
