O homem biônico que mencionamos anteriormente pode ver no escuro e até mesmo através das paredes. Dispositivos para ver no escuro são comuns, mas nenhum sistema de raios-X foi criado para permitir que os humanos vejam através das paredes.
Nota: Este artigo foi publicado originalmente no livro Bionics for the Evil Genius nos Estados Unidos em 2006 a partir de material obtido de artigos feitos no Brasil em anos anteriores. O que temos é uma tradução da versão em inglês.
O que estamos propondo aqui é um projeto interessante que permite que pessoas cegas sintam seu ambiente usando um dispositivo que converte luz em som. Como um olho elementar (uma versão muito simples de um pixel de um olho), o projeto cria sons complexos porque usa quatro sensores, da mesma forma que os insetos têm olhos multifacetados. Aqui estaremos usando sensores de luz, cada um atuando como um único ponto de imagem ou sensor de pixel.
O número de pontos da imagem vistos por um inseto depende do número de facetas de seu olho, conforme mostrado na Figura 1. O número de facetas em insetos comuns varia entre 50 e 5.000, mas sua visão seria considerada como sofrendo de má definição em comparação com humanos ou até mesmo com uma câmera fotográfica de dispositivo de casal de carga comum (CCD) que tem alguns milhões de pixels de definição.
A ideia de visão biônica, substituindo a visão natural. é reproduzir o sensor de imagem (o olho), conectando-o ao nervo óptico ou enviando a informação ao cérebro de alguma outra forma. Desta forma, um olho danificado pode ser substituído por um sensor de imagem eletrônico conectado diretamente ao nervo óptico.
Nosso projeto trabalha com uma ideia interessante que pode ser explorada a partir de sua simplicidade. O projeto consiste em um sensor de quatro pixels que converte a quantidade de luz captada por cada faceta em um som, conforme mostrado na Figura 2.
Claro, o leitor está livre para aumentar o número de facetas e até mesmo criar um projeto de alta definição usando sensores de imagem CCD ou recursos ópticos, como sistemas de digitalização de imagens.
Os tons produzidos por cada faceta são combinados para produzir um sinal de saída em um pequeno alto-falante ou fone de ouvido. O olho do aparelho é colocado na mão da pessoa para que ela explore o ambiente, gerando uma imagem sonora. Com alguma experiência, será possível saber o que representa cada mudança de tom. A pessoa será capaz de reconhecer objetos simples, como uma porta ou janela aberta ou a presença de coisas em movimento.
Aplicações Biônicas
O projeto é experimental e vai agradar aos curiosos. O leitor pode usá-lo para criar um jogo em que um amigo vendado deve encontrar seu caminho até um grupo de pessoas usando apenas os sinais dados pelo olho biônico, conforme sugerido pela Figura 3.
Outros aplicativos incluem o seguinte:
• Experimentos com visão artificial II
• Crie um sistema de visão simples com interface com o computador
▪ Projete um alarme que possa reconhecer formulários
Como funciona o circuito
Os sensores consistem em resistores dependentes de luz (LDR) que controlam a frequência dos osciladores. Um circuito integrado (IC) 4093 formado por quatro portas NAND é usado para os quatro osciladores independentes, que são controlados pelos quatro LDRs.
A frequência básica de cada oscilador é determinada pelo capacitor correspondente. Os sinais na saída de cada oscilador são misturados e aplicados a um transdutor de alta impedância.
Como o oscilador drena correntes baixas e o transdutor não precisa de muita energia para ser ativado, o consumo de energia do circuito é muito baixo. As quatro células AA que alimentam o circuito podem ser usadas durante várias semanas ou até meses sem a necessidade de substituição.
Os sensores (LDRs) são montados juntos, formando um olho multifacetado. Uma lente e pequenos tubos de papelão são usados para adicionar diretividade e sensibilidade ao olho.
Como construir
A Figura 4 mostra o diagrama esquemático do olho biônico.
O circuito básico pode ser montado em uma placa de circuito impresso (PCB) ou em uma placa sem solda. A Figura 5 mostra uma sugestão de PCB para esta montagem.
Os LDRs são tipos redondos comuns com diâmetros que variam de 1 a 2,5 centímetros. Tipos menores são melhores porque podem ser facilmente montados dentro de tubos finos de papelão. Ao montar, tome cuidado com as posições dos componentes polarizados, como o IC e a fonte de alimentação.
A parte eletrônica do circuito cabe dentro de uma caixa plástica, e o sensor é conectado ao circuito por um cabo curto, conforme mostrado na Figura 6.
O sensor consiste em quatro tubos de papelão montados conforme mostrado na Figura 7.
Para adicionar sensibilidade e diretividade, uma pequena lente de plástico pode ser colocada na frente de cada sensor. O LDR deve ser colocado na posição correta próximo ao foco de cada lente. O transdutor é um pequeno alto-falante ou, se o leitor preferir, um fone de ouvido.
Testando e usando
Coloque as células no porta-células e ligue a alimentação, fechando o Si. Em seguida, abra o controle de volume. Os sons serão produzidos de acordo com a luz captada pelo sensor. Movendo o sensor para explorar o ambiente, o som mudará.
Se o gênio do malquiser, os sons podem ser alterados, substituindo-se os capacitores de cada oscilador. Valores mais altos diminuirão a frequência dos sons. A utilização é muito simples: explore a área envolvente e tente associar os sons à imagem detectada pelo circuito. Você pode tentar vendar-se com uma máscara e explorar o ambiente, identificando portas, janelas ou pessoas abertas pelos sons produzidos pelo dispositivo.
Lista de Peças
Peças Requeridas
IC-1: 4093 circuito integrado CMOS
B2: Transdutor piezoelétrico
S1: botão liga / desliga
B1: Uma fonte de 6 V de quatro células AA
LDR1 a LDR2: Qualquer LDR (ver texto)
P1: 10 Id / potenciômetro, lin ou log
C1 a C4: capacitor de cerâmica ou poliéster 0,047 µF
C5: capacitor eletrolítico de 10 µF x 12 V
C6 a C9: capacitor de cerâmica ou poliéster 0,01 µF
Outros: PCB ou placa sem solda, caixa de plástico, material para o transdutor, suporte de célula, fios, solda, etc.
Circuitos e ideias adicionais
O projeto descrito aqui é uma versão muito simples de um olho biônico. Conforme sugerido, muitas melhorias podem ser feitas, atualizando o projeto original. Algumas ideias são fornecidas nesta seção.
Dirigindo um telefone ou alto-falante
O projeto original foi criado para acionar transdutores piezoelétricos de alta impedância. Para acionar cargas de baixa impedância, o gênio do mal precisa de um estágio de transistor como o mostrado na Figura 8. Com uma carga de baixa impedância, como fones de ouvido ou um alto-falante, o consumo de energia aumenta, reduzindo a vida útil da bateria.
Outros osciladores dependentes de luz
A Figura 9 mostra outro oscilador dependente de luz usando o 555 IC que é adequado para um olho biônico.
A principal desvantagem ao utilizar este circuito é que você precisará de um chip para cada oscilador, aumentando o tamanho e o custo do projeto.
O consumo pode ser reduzido se a versão de semicondutor de óxido de metal complementar (CMOS) do 555 (7555) for usada. O dreno de corrente de cada oscilador, neste caso, cairá para menos de 1 miliamperes.
Um Oscilador de Dois Sensores
Outra ideia para um projeto de olho biônico é implementar dois sensores controlando um oscilador, conforme mostrado na Figura 10.
A característica interessante desse circuito é que quando a luz aumenta no sensor 2, a frequência do oscilador também aumenta. Caso contrário, quando a luz aumenta no sensor I, a frequência cai a um ponto onde as oscilações são cortadas. Isso significa que o circuito pode ser ajustado para detectar uma determinada faixa de intensidade de luz.
Vendo no escuro
Os fototransistores e muitos LDRs podem ver luz infravermelha (IV) ou invisível. Isso significa que, com o uso de filtros adequados na parte frontal do sensor, é possível utilizar o aparelho no escuro. A Figura 11 mostra como controlar os osciladores usando fototransistores em vez de LDRs.
Usando o computador
Alimentando o circuito com alimentação de 5 volts, as informações captadas pelo sensor podem ser traduzidas para a forma digital, conforme mostrado na Figura 12.
Usando a porta de entrada / saída (I / O) (porta paralela) configurada para receber dados, o gênio do mal pode desenvolver um programa para criar uma imagem, começando com as informações escaneadas do olho biônico.
