26 декабря в Саровском физтехе прошли защиты работ второго выпуска практико-ориентированного курса «Технологии прототипирования». 42 студента-второкурсника физико-технического факультета и факультета информационных технологий и электроники групп ИТ-23, ПМФ-23 и ЦТ-23 в составе девяти команд представили на защиту собственные прототипы сложных технических устройств.

Первая часть курса, проходившего в течение всего семестра, состояла преимущественно из лабораторных работ — студенты учились программировать микроконтроллеры, подключать к ним периферийное оборудование и создавать уникальные 3D-модели. Во второй части участники работали командами, занимаясь разработкой устройств.

Расскажем подробнее о каждом из проектов.

• Секундомер для брахистохроны. В этом прототипе удалось синхронизировать работу двух инфракрасных датчиков и 7-сегментного дисплея, размещенных на специально смоделированной горке для шариков с двумя разными траекториями – прямой и кривой скорейшего спуска. Замеры наглядно показали, что даже на такой очень маленькой дистанции разница во времени спуска была заметна, она составила около 50 миллисекунд.
• Ультразвуковой детектор движения. Узнаваемый облик робота WALL-E стал творческим воплощением автоматической системы слежения за перемещением человека в зоне действия двух ультразвуковых дальномеров. Команде удалось создать компактный локатор, способный выявлять объект, поворачивать к нему «голову» и подсвечивать его красными светодиодами.
• Стробоскопический вибро-танец. Это изделие, создающее оптическую иллюзию на основе асинхронной работы светодиодного стробоскопа и вибрации, создаваемой электромагнитом. Внутри напечатанной на 3D-принтере рамки размещен бумажный «цветок», который снизу подвержен колебаниям, а сверху подсвечивается миганием. Результат не передать фотографией, но глаза наблюдателя воспринимают движение как непрерывное и плавное, хотя на самом деле объект дергается сверхпрерывисто.
• Самовзводная катапульта. Баллистика, наука о движении брошенного тела, – важная часть экспериментальной физики. Для обеспечения чистоты эксперимента важно, чтобы запуск снаряда проходил в одинаковых условиях, а взвод механизма катапульты был автоматизирован. С помощью 2-х шаговых двигателей, нитки, пары тактовых кнопок и одного сервомотора команде удалось создать механизм катапульты и совершить несколько показательных выстрелов.
• Оцифрованный маятник. Данный экспонат ориентирован на исследование затухающих колебаний простого маятника. Команда выбрала сложный путь: не только разместила ультразвуковой дальномер на самом маятнике, но и настроила программу, которая визуализировала его колебания в реальном времени как на компьютере, так и на двухстрочном ЖК-дисплее, вмонтированном в корпус устройства.
• Оптическая установка с логотипом СарФТИ НИЯУ МИФИ. Брендированная конструкция из четырех листов акрила с лазерной гравировкой динамично подсвечивается четырьмя парами RGB-светодиодов, управляемых микроконтроллером Arduino N Команда пробовала разные расцветки и чистоту мерцания, но остановилась на зеленом цвете и скорости мерцания на пределе восприятия человеческого зрения. У ребят получился лаконично-симпатичный корпус и максимально оптимизированный код.
• Цифровые песочные часы. Гаджет, созданный на базе микроконтроллера Arduino Nano, модуля осевого гироскопа-акселерометра mpu6050, двух матриц max7219 (8×8 светодиодов), аккумулятора и другого оборудования, получился стильным и автономным. На двух экранах устройства демонстрируется симуляция падения песчинок, причём их движение зависит от положения часов в пространстве. Изначальный проект был подсмотрен в интернете, но сборка всех комплектующих в компактный корпус – тоже достойная задача для второкурсников.
• Блок-анализатор условий для комнатных растений. Данное устройство, состоящее из микроконтроллера с платой расширения, 7-сегментного дисплея, кнопки, датчиков влажности, температуры и пары аккумуляторов – это прототип модуля контроля для любителей ухаживать за домашней флорой. Автономный блок переключается между двумя режимами измерения и оперативно выводит информацию о состоянии грунта и окружающей среды на экран.
• Установка для измерения сердцебиения «Пульс жизни». Команда разработала и собрала интерактивный стенд на базе датчика сердечного пульса MAX30102, Oled-экрана и микроконтроллера Arduino Nano с платой расширения. Устройство не только стабильно показывает количество ударов сердца в минуту, но и красиво оформлено: человеческое сердце в натуральную величину, выполненное из прозрачного пластика, освещённое изнутри алым светом, выглядит гармоничным дополнением к компактному корпусу необычной цилиндрической формы.

Преподает курс «Технологии прототипирования» его организатор — Андрей Додин. В проведении лабораторных работ и организации командной проектной деятельности ему помогали студенты ФТФ и ФИТЭ Роман Кротов (гр. ПР-32), Дамир Усманов (гр. ВТ-41) и Даниил Кротов (гр. ВТ-23). Также принять участие в итоговых защитах работ был приглашен настоящий знаток экспериментальной физики – к.т.н., доцент кафедры общей физики, декан ФДП СарФТИ НИЯУ МИФИ Петр Кузнецов.

Все проекты, продемонстрированные на защите, приняты с оценкой «отлично». В итоге, коллекция устройств интерактивного музея физики и электроники пополнилась новыми эксклюзивными интересными работами, созданными студентами Саровского физтеха. Команды первого выпуска курса «Технологии прототипирования», состоявшегося в СарФТИ НИЯУ МИФИ в мае, также передали в музей вуза результат своего обучения — семь технических устройств (о весенней защите см. https://sarfti.ru/?p=33486).

Фоторепортаж с состоявшегося мероприятия — https://disk.yandex.ru/d/4Mlps4ga7SONpQ