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Pixels physiques

Références de projets

1-bit-textile / Flip Dot

Petit coup de cœur pour le projet 1-bit textile de Ebru Kurba et Irene Posch réalisé dans le cadre du etextile-summercamp 2015.

Présenté dans le swatch book 2015 sous la forme d'un petit échantillon, le projet 1-bit textile permet de contrôler la position d'une perle aimantée par un champ électromagnétique. La mise sous tension d'une petite bobine permet d'actionner la position d'une perle noir et blanche. Ce projet fait parti d'une recherche plus vaste sur la création de composants électroniques textiles réalisés à partir de peu de moyens et de techniques textiles traditionnelles. Cette recherche constitue la base de futures projets sur la fabrication d'actionneurs textiles artisanaux, pour créer des éléments d'affichage, de stockage d'informations, d'interrupteurs électroniques (relais) et autres éléments mobiles.

Ce projet pourra dorénavant servir à celle et ceux qui souhaitent développer des écrans textiles à économie d'énergie ;-) En effet cette solution astucieuse consomme de l’énergie seulement pour changer d'état (comportement bistable). On peu voir dans ce projet une version textile de la technologie e-paper. Si vous souhaitez venir expérimenter au Data Paulette, nous avons commandé des perles magnétiques en quantité suffisante pour réaliser les afficheur textiles du futur.

Tutoriels & Démo

Expérimentations

Réflexion sur les perles magnétiques

Pour réaliser nos premiers tests nous avons commandé des perles magnétiques de 4mm sur Ebay. Après plusieurs expérimentations nous avons finalement décidé d'utiliser des aiment plus puissant qui nous permettent d’atteindre notre objectif avec une consommation moins importante. Nous avons donc commandé des aiment neodymium.

  • Supermagnete site de vente en ligne d’aimants
    • Commande 100 pcs. S-03-01-N Disc magnet Ø 3 mm, height 1 mm - 0,22EUR pièce
    • Commande 100 pcs. R-06-02-02-G Disc magnet Ø 6 mm, height 2 mm - 0,32EUR pièce

Pour peindre une face de ces perles nous avons utilisé un vernis à ongle blanc qui permet d'obtenir une pellicule suffisamment couvrante qui adhère bien à l'aimant. Nous avons également constaté que l’épaisseur de cette pellicule de vernis gêne la rotation de la perle. Pour corriger ce problème nous pouvons ajouter une couche de vernis noir sur la deuxième face de la perle.

Réflexion sur la fabrication de la bobine

Les premières expérimentations réalisées soulèvent plusieurs questions. Avec un fil émaillé de 0,18 mm et 25 spires la bobine possède une résistance extrêmement faible voir presque nulle, la consommation du circuit est de 250mA minimum ce qui est beaucoup trop important pour concevoir une électronique de commande. Pour diminuer la consommation il faudra donc utiliser un fil plus fin et augmenter le nombre de spires. Exemple de test réalisé : https://youtu.be/IkHlSkI4tjc

Pour les expérimentations suivantes nous avons choisi d'utiliser un fil de cuivre émaillé de 0.1 mm de chez Elektrisola. Avec une bobine de 30 spires le principe ne marche presque pas en dessous de 200mA. Avec une bobine de 60 spires ça commence à marcher à partir de 20mA mais ça dépend pas mal des frottements (pour se prémunir de l’aléatoire, 50-100mA serait probablement plus fiable). Avec une bobine de 120 spires, on ne voit pas trop de différence au niveau de la consommation.

Résistance minimum du fil

Sur un fil de cuivre émaillé de 0,1mm , nous avons mesuré une résistance de 4ohm/mètre.

Solution circuit multicouches

Pour améliorer l’intégration de la bobine au textile : bobine plus plate et technique de fabrication plus simple, nous envisageons de réaliser un PCB multicouches qui intègre une bobine par couche. Ce PCB comportera notamment une connectique textile type LilyPad pour pouvoir être intégré simplement au textile (Cf: connectique e-textile ).

Les calculs à la louche

  • de mémoire on peut faire des traces de 3mils (=0.0762mm) et 3mils de séparation
  • si chaque PCB fait 1cm de coté, on peut y mettre maximum 5 spires par couche (5mm / (2 x 0.0762mm))
  • pour une PCB de 10 couches, il faudra sacrifier une couche pour faire les connections intra-couches + placement transistor donc il reste 9 couches de “bobines”
  • 5 spires par couche x 9 couches = 45 spires = maximum théorique
  • a cause des vias, on aura probablement du mal a dépasser 11 spires par couche ⇒ total = 99 spires

Si on fait une des PCB de 10cm de coté on peut placer 100 “bobines” dedans, et si on fait 10 PCB comme ça, ça revient à moins de 70 centimes par PCB (port inclus) : http://pcbshopper.com

Sinon on peut tenter avec une bobine industrielle, c'est plus épais mais probablement plus efficace (et plus basse conso) : http://www.aliexpress.com/item/Free-shipping-smd-Power-inductor-470UH-RH127-Test-Freq-1KHz-DCR-max-0-98-ohm-IDC/32523999431.html

L’électronique de commande

Solution H-bridge

Pour faire pivoter la perle magnétique il faut inverser le sens du courant. Cette action est réalisable avec un pont en H traditionnellement utilisé pour les moteurs à courant continu. Ci-dessous, le schéma de fonctionnement du pont en H :

Pour réaliser plusieurs pont en H dans le but de matricer nos pixels magnétiques, nous pouvons utiliser des réseaux de transistors :

  • ULN2803 (8 transistors NPN : transistor passant si la commende est à la masse LOW)
  • UDN2981 (8 transistors PNP : transistor passant si la commende est au plus HIGH)

Le principe des mémoires à tore de ferrite semble aussi se rapprocher de ce que nous cherchons : http://www.corememoryshield.com/report.html

Élaboration d'une matrice contrôlable

Pour pouvoir s'adapter à de grande matrices, deux options s'offrent à nous : utiliser des registres à décalage de puissance (2 pin par bobine) ou des transistors MOSFET (1 par bobine).
Le registre à décalage TPIC6B595 permet de fournir 150mA par broche donc il devrait convenir, voilà quelques liens utiles:

On pourrait aussi utiliser des cartes avec 80 pins telle que celles-ci. Ca permettrait de faire des matrices de 7×11 pour ~41eu (prix de la carte ~11eu + 77bobines x 0.04eu = prix des MOSFETs).

Mais avec 22ct par registre (qui permet de controller 4 bobines) ca couterait 4.24 eu pour le meme nombre (77bobines * 0.22eu / 4).

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atelier/documentation/materiautheque/materiaux/electronique_textile/actionneurs_textiles/electromagnetiques/pixels_physiques.txt · Dernière modification: 2017/01/11 13:33 par maurin