3D печат на вашите тактилни измервателни инструменти за хора с увредено зрение - 💡 Fix My Ideas

3D печат на вашите тактилни измервателни инструменти за хора с увредено зрение

3D печат на вашите тактилни измервателни инструменти за хора с увредено зрение


Автор: Ethan Holmes, 2019

В партньорство с Училището за слепи в Мисури, лабораторията D'Arcy в Химическия факултет на Вашингтонския университет в Сейнт Луис създава вълнуващи дидактически инструменти за студенти с увредено зрение. Особено внимание се отделя на измерването и пространствената ориентация - финализираните проекти включват брайлово измервателно табло и брайлов дебеломер (които могат да се свалят). Ние се стремим да разширим обхвата на нашия проект, като създадем по-сложни обекти, които ще помогнат на учениците да разберат основите на симетрията, концепция, жизненоважна за химията, математиката, изобразителното изкуство и др.

Учениците в бакалавърските курсове по органична химия често удрят в стена, където двумерното представяне на молекулата не се превежда в предвидения триизмерен обект. Трудността при концептуализирането на триизмерното пространство е източник на чувство на неудовлетвореност за мнозина, тъй като не знанието може да бъде предадено чрез въображаемо запаметяване. Обикновено курсовете по органична химия на ниво колеж препоръчват използването на „комплекти за моделиране“, за да помогнат на учениците да направят тактилни връзки с визуализирани концепции. Тези комплекти често са ограничени в способността си да представят системи с изключения, които лъжливо придават някаква представа за „твърдост“ на геометрията, свързана с химията, докато едновременно студентите научават за благоприятни геометрични изкривявания и преходни състояния.Като група, съставена предимно от химици по образование, ние първоначално съсредоточихме усилията си върху проектирането на “изключителни” молекули за 3D печат, което би помогнало да се разберат геометричните изкривявания. Подобрихме тази концепция, като маркирахме молекулите с тактилни удари и индикатори, позволявайки да се следи манипулирането на молекулата в пространството само чрез докосване.

Предаването на информация, основаваща се само на тактила, не е нова идея. Може би най-успешната и лесно разпознаваема реализация на тактилна писмена система е известна като Брайл, разработен от френския писател Луи Брайл през 1824 г. в ранна възраст от петнадесет години. Започнахме да експериментираме с начините за внедряване на Брайл в нашите проекти; Както се оказва, процесът на печатане на модели с разтопено отлагане позволява лесното създаване на повдигнати неравности върху повърхности, които са перфектни за брайлово изображение. Първите ни проекти бяха опростени и съсредоточени около молекулярната геометрия (като 3D отпечатъците, показани на снимката по-долу), опит да се запознаем с дизайна и отпечатването на 3D модели.

Брайлова азбука, вградена в молекулярно представяне на въглероден диоксид, с амоняк, амоний, тетраедър и октаедър наблизо. Структури, проектирани и отпечатани от Зак Кристенсен, Ема Мехлман и Даниел Котън.

Отпечатък от линеен въглероден диоксид е вграден в нашия опит да напишем „СО2“ на брайлово писмо - то се казва доста тромаво като „капитал c капитал номер три три“. Важно е да се отбележи, че използваният днес Брайл не е директно транслитеративен. Докато Брайл може да се използва за изразяване на всичките 26 букви от латинската азбука, което води до възможна транслитерация на всеки текст на който и да е език чрез проста промяна на шрифта, той е оптимизиран през годините за различни езици. Унифицираният английски Брайл се състои от огромен архив от контракции, индикатори и символи, които служат за увеличаване на четливостта на текстовете, написани на Брайлова азбука. На гърба на модела правилно се чете „Линейно“, отнасящо се до молекулярната геометрия на въглеродния диоксид, но в крайна сметка знаехме, че вградената информация в бъдещите проекти трябва да се предава ясно и сбито, без да причинява прекомерно объркване. Тази цел би била невъзможно да се постигне без помощта на педагозите и учениците от Брайловата грамотност и учениците в близката школа на Мисури за слепите, която ни предоставя ценна обратна връзка и предложения. Училището за слепи в Мисури е признато за първата институция в САЩ, официално приета от Брайл през 1860 г. Търпението и желанието на учителите и студентите в MSB да работят с нас и да осигурят честна и задълбочена обратна връзка за нашите проекти ни доведоха до описаната тук работа.

След показването на нашите модели на няколко учители в MSB и обсъждане на педагогиката, учителят по математика спомена трудността, която учениците й правеха да правят измервания с владетелите. Студентите са снабдени с владетели, вградени в Брайлова азбука, разпространявани от Американската печатница за слепи (APH). Оказва се, че основната трудност при измерването не идва от самите владетели, а пространствената ориентация е необходима за измерване на три отделни измерения, т.е. дължина, ширина и височина. Учениците често въртят предмети в ръцете си, докато правят измервания, като бързо губят следите от коя страна е била преди това измерена, което води до объркване. Това е напълно разбираемо - няма фиксирана осева система при въртене на обект в пространството и затова разликите между „височина, ширина и дължина” са напълно произволни. Това прави особено трудно за учителя да гарантира, че целият й клас работи със същия набор от оси. Замисляхме се да създаваме обекти, които биха позволили на ученика да диференцира някои страни дори след ротация. Тези кубоиди имат вградени текстури, които позволяват фиксирано определяне на страни и посоки:

Първоначалният ни дизайн включваше триъгълници нагоре, за да обозначи и двете страни, които обикновено се определят като "дължина" и горната част на обекта. Страната "ширина" е вградена с паралелни вертикални хребети. Друг дизайн включва „кръстосан” индикатор за горната част на обекта и перпендикулярни линии на двете групи лица както за кубоид, така и за куб. Показан е опит за предаване на идеята за фиксирана декартова координатна ос, където началната точка (0, 0, 0) се определя от пресичането на три уникални идентификатора на ръба, един квадрат, една закръглена и една разделена сфера. , Моделът може свободно да се върти в пространството, като същевременно се запази първоначалният набор от оси.

След представянето на тези обекти на студентите в MSB, бяхме развълнувани да ги видим толкова очаровани от реалния процес на 3D печат. Тяхното усещане за допир е толкова изтънчено, че веднага забелязаха хребетите между отделните слоеве на PLA нишката, преди да забележат някакви по-големи текстурни разлики между страните. Ние осъзнахме, че нивото на обяснение, което е необходимо бързо, е направило тези обекти в източник на объркване - „всички ли са триъгълници, насочени нагоре от лявата и дясната страна на своите кубоиди?“, Което не е непременно кратко и ясно. Освен това фактът, че измерването е ограничено до специално проектирани обекти, прави реализацията непрактична - какво ще стане, ако студентът иска да измери книга?

Мозъчна атака с учителите в MSB ни доведе до идеята за създаване на „база“, която да служи като фиксирана триизмерна координатна система. По този начин всеки обект може да бъде измерен, тъй като не е необходимо да се вгражда с някакви специални маркери за ориентация. В продължение на няколко месеца дизайнът е оптимизиран и крайният продукт е показан по-долу. Платката е проектирана в AutoCAD, внесена във VCarve Pro и накрая изрязана от плоскости от средна плътност с CNC рутер на Shopbot Desktop. Първоначално планирахме да използваме три APH брайлови влакна като оси x, y и z. Това е съвместимо с осите y и z, но при завъртане на линейката за оста x се установява, че номерирането е обратно. По този начин, ние се заехме да проектираме нашите собствени брайлови линейки, които могат лесно да бъдат отпечатани във всеки FDM принтер. Тъй като това са предимно плоски обекти с повдигнати букви, те са изключително лесни за печат с висока резолюция. Брайл, вграден на техните повърхности, излиза ясно, макар и малко грубо според учениците, така че е необходимо леко шлайфане. Z-осът е специално проектиран с жлебове, които позволяват на водача да се плъзга нагоре и надолу по владетеля, за да улесни определянето на височината на обекта. Бяха направени няколко повторения на този дизайн и беше установено, че каналите са оптимални, позволявайки на водача да се плъзга с лека сила, но не и поради гравитацията.

Пълната z-ос владетел с водач

Предвидено е пространство за „заглавие“, което позволява да се опише системата за измерване (т.е. метрични, 1 cm демаркации).

Декартова координатна ос измерва размерите на мащабен модел на елементарната клетка на диамантената кристална решетка. Диамантена решетка, проектирана и отпечатана от Мика Рубин.

Конструкцията на z-ос ни накара да разгледаме друг дизайн, който може да се използва независимо от или в съчетание с измервателната платка. Един ученик беше особено развълнуван от перспективата да има собствена дъска за измерване и владетели у дома, така че ние се замислихме да създадем малко по-преносим инструмент, обичан от производителите: дебеломер. Дизайнът на линийката е подобен на този на линейката на Y-ос в горната снимка, макар че брайловият текст е леко променен, за да се брои от 0 до 18 cm. Калиперът се отпечатва в четири части: основа, плот, пързалка и самата владетел. Плъзгачът е монтиран на направляващите релси, а горната част и основата са фиксирани към линията с епоксидна смола, както е показано на снимката по-долу.

Изцяло 3D-отпечатан ръчен брайлов дебеломер за лесно измерване.

Сътрудничеството между нашата лаборатория и Училището за слепи в Мисури продължава и очакваме още много интересни проекти. В резултат на този проект MSB получи значителна безвъзмездна помощ, която им позволи да закупят собствен 3D принтер. Това, разбира се, беше хит сред студентите. Ние помагаме на учителите в MSB експеримента с програмата за 3D моделиране Rhinoceros, мощен инструмент, който ще им позволи да правят модификации на нашите проекти, както и да създават свои собствени проекти, когато възникнат нужди. Бъдещите проекти включват молекулярни структури с вътрешни зъбни колела, позволяващи ротации на връзките и регулиране на ъгъла на свързване, модели с маркирани молекулни орбитали, по-сложни кристални решетки и др.

Можете да изтеглите файловете STL и 3DM за показаните тук модели. За информация за контакт и повече за тези проекти посетете уебсайта на нашата лаборатория. За допълнителна информация можете да посетите и училището за слепи в Мисури.



Може Да Се Интересувате

Направи: Научна зала - Избор на микроскоп

Направи: Научна зала - Избор на микроскоп


Прожектор за домашни любимци: Susie Ghahremani и нейните домашни любимци

Прожектор за домашни любимци: Susie Ghahremani и нейните домашни любимци


Птиче Попурри

Птиче Попурри


How-To: Домашна коча билка

How-To: Домашна коча билка