'Breathe Better' Bär - Ein Luftqualitätsprojekt. Teil 1

Start des Projekts

Die Luftqualität in Mexiko-Stadt war früher so schlecht, dass Sicherheitswarnungen ausgegeben wurden, die von jeglicher körperlichen Betätigung abrieten; die Luftqualität war so schlecht, dass die Vögel buchstäblich vom Himmel fielen. Das hat mich als Kind sehr beeindruckt und mir bewusst gemacht, welche Auswirkungen eine gute oder schlechte Luftqualität auf die Lebensqualität haben kann.

Usfirstgov auf dem englischen Wikipedia. Smog über Mexico City.

Als ich angesprochen wurde, ein Projekt zu machen, das die Bedeutung der Luftqualität hervorhebt, dachte ich an meine Jugend zurück und wie dankbar ich bin, nicht mehr in einer Großstadt zu leben. Heute lebe ich an der Westküste der Vereinigten Staaten, umgeben von Natur. Aber natürlich müssen wir auch hier auf die Veränderungen der Luftqualität achten.

Die Westküste der Vereinigten Staaten wird von Waldbränden geplagt. Riesige, lebensverändernde Waldbrände haben Jahr für Jahr Tausende von Hektar zerstört und werden immer schlimmer. Selbst wenn Sie das Glück haben, nicht im Bereich der Brände zu sein, können Sie von den riesigen Rauchschwaden, die sie erzeugen, noch aus Tausenden von Meilen Entfernung betroffen sein.

Waldbrand im Stanislaus National Forest - Public Domain

Es gibt Tage, an denen die Brände, die in Kalifornien wüten, die Luftqualität bis in den Bundesstaat Washington alarmierend verschlechtern. Es gibt Tage, an denen man aus dem Fenster schaut und irgendetwas "nicht stimmt", aber man ist sich nicht ganz bewusst, was nicht stimmt; wenn man dann tatsächlich nach draußen geht, stellt man fest, dass alles von einer dünnen Rauchschicht bedeckt ist.

Der Luftqualitätsindex (AQI) ist der Standard für die Messung der Luftqualität in den USA. Ich wollte ein Projekt entwickeln, das auf der Tabelle des Luftqualitätsindex (AQI) anzeigt, wo die Luftqualität des Tages liegt, damit man besser entscheiden kann, ob man die Fenster schließen oder seine körperlichen Aktivitäten einschränken sollte usw.

Ich sollte auch hinzufügen, dass ich Illustratorin, Macherin und Pädagogin bin. Meine Rolle als Pädagoge besteht darin, 6- bis 14-jährige Schüler beim Erlernen verschiedener Dinge zu unterstützen, die meist mit MINT zu tun haben. Als Macherin und Illustratorin haben meine Projekte in erster Linie das Ziel, mich zu amüsieren, und haben meist mit Tieren zu tun.

Mit all dem im Hinterkopf machte ich mich daran, ein Projekt zu entwickeln, das auch für jüngere Macher zugänglich ist, bei dem ein Tier im Mittelpunkt steht und das trotz eines ernsten Themas einen Sinn für Humor hat.

Materialien

• DesignSpark Sensor Development Kit
• Reka:Bit und Micro:Bit
• Grove Wifi 8266 Module mit Grove Verbindungskabel
• 5V 2A Stromkabel
• 3 Micro Servos mit horns
• 1 Standard Servo mit horns
• 2 grüne 5 mm LEDs
• 1 rote 10mm LED
• 1 Kippschalter
• 3 Grove 4 pin Kabel
• 5 Birke Sperrholzplatten 28x48 cm, 3mm Stärke
• 1 3D gedrucktes Teil
• Farbe
• Holzleim
• Plastikleim
• 2 kleine Scharniere
• Optional: Lack
• Zugriff auf Lasercutter und 3D Drucker

Designprozess

Wenn man in den USA über Brände, Rauch und Sensibilisierung spricht, denkt man meist zuerst an Smokey den Bären. Er hat mehrere Generationen über die Auswirkungen von Waldbränden und deren Verhütung aufgeklärt. Ich wollte mit meinem Projekt eine Hommage an diesen Bären schaffen und dachte, dass Smokey vielleicht einen "Cousin" haben könnte, der die Menschen über die Luftqualität aufklärt. Er wäre ein Schwarzbär, da diese in meiner Gegend häufiger vorkommen, und würde eher wie ein Meteorologe oder Wissenschaftler aussehen.

Eine der ersten Ideen, die mir beim Brainstorming in den Sinn kam, war, den Bären nicht nur den Luftqualitätsindex anzeigen zu lassen, sondern auch seine Mimik zu verändern, je nachdem, wie schlecht es wird. Um das zu erreichen, wollte ich dem Bären so viel Ausdruckskraft wie möglich verleihen, während ich aufgrund des gewählten Boards auf vier Servos beschränkt war. Meine Idee war es also, seine Augenbrauen zu bewegen und einen "Schnellwechsel"-Mechanismus zu schaffen, der das Gesicht oder den Status des Bären in einem Moment verändern würde.

In meinem ersten funktionierenden Prototyp trug der Bär nicht mehr sein normales Gesicht, sondern eine Maske mit der Idee, dass bei schlechter Luftqualität eine Feinstaub Maske notwendig wäre. Ich habe diese Idee aber schnell wieder verworfen, da ich fand, dass sie die falsche Botschaft vermittelte, denn eine Maske würde nicht wirklich helfen, wenn der Luftqualitätsindex wirklich schlecht wird.

Außerdem hatte ich bei diesem Prototyp Schwierigkeiten, den richtigen Abstand zwischen dem Bären und dem Trägerbrett (oder der Box) zu finden, um dem rotierenden Gesicht genug Platz zum Arbeiten zu geben.

In einem späteren Prototyp habe ich kurz mit der Idee gespielt, dass der Bär nicht auf die Luftqualitätsindexwerte zeigt, sondern dass diese auf einem rotierenden Schild angezeigt werden. Ich habe einen schnellen Prototyp davon gemacht, aber ich habe diese Idee gestrichen, da ich sie nicht so charmant fand.

Beim nächsten voll funktionsfähigen Prototyp habe ich die Maske des Bären durch einen verärgerten Ausdruck ersetzt. Die Idee ist, dass er, sobald der Luftqualitätsindex schlecht genug ist, von einem Lächeln zu einem verängstigten Gesichtsausdruck wechselt, wobei die Augenbrauenbewegungen eine größere Bandbreite an Ausdrücken für die verschiedenen Stufen bieten.

Um den Bären näher an die Tafel heranzubringen, beschloss ich, ein Loch in die Tafel zu machen, das sowohl mehr Spielraum für die Gesichtsveränderung bietet als auch es dem Sensor erleichtert, die Luftqualität zu messen.

Vielleicht fällt Ihnen auf, dass der Luftqualitätsindex in den Vereinigten Staaten 6 Stufen hat und der Bär nur auf 5 zeigt. Das liegt daran, dass der Platz für die Bewegung des Arms ziemlich eng wurde, damit er deutlich auf die Schilder zeigen konnte, damit sie lesbar waren und der Arm nicht auf den Tisch stieß. Ich beschloss, dass der Bär, sobald er die Stufe 6 = Gefährlich erreicht, völlig durchdrehen würde, wobei sich sein Gesichtsausdruck schnell ändern und der Arm sich auf und ab bewegen würde.

Mit diesem Prototyp war ich insgesamt zufrieden, also beschloss ich, das Design für das endgültige Projekt zu verfeinern.

Die Herausforderungen

Normalerweise baue ich meine Bastelprojekte aus Pappe und Aquarellpapier. Da ich wollte, dass dieses Projekt leicht reproduzierbar ist, beschloss ich, es so zu gestalten, dass jemand, der einen Laserschneider hat, es leicht schneiden kann.

Eine der größten Herausforderungen dabei ist, dass ich nur SEHR begrenzten Zugang zu einem Laserschneider habe. Das bedeutete, dass ich versuchen musste, das Projekt so genau wie möglich mit Adobe Illustrator zu entwerfen und zu hoffen, dass das Design nach dem Schneiden funktionieren würde.

Jeder, der schon einmal ein lasergeschnittenes oder 3D-gedrucktes Projekt angefertigt hat, weiß, dass es unmöglich ist, ein Projekt in einem Durchgang perfekt zu machen. Also musste ich so kreativ wie möglich sein, um die Dinge zum Laufen zu bringen. Selbst wenn ich so sorgfältig wie möglich war, musste ich einige Teile mehrmals schneiden.

Eines der besten Beispiele dafür, dass ich mich anpassen musste, war, als ich lange darauf wartete, dass die Luftqualitätsindex-Schilder auf der Vorderseite der Schachtel fertig graviert waren, und ich feststellte, dass ich die Boxen um sie herum versehentlich auf "schneiden" statt auf "ritzen" eingestellt hatte. Das bedeutete, dass die Schilder nicht mehr in die Vorderseite der Schachtel integriert waren, sondern separate Teile waren und ich sie auf die Vorderseite der Schachtel kleben musste, die ich ebenfalls neu ausschneiden musste. Das hat wirklich gut funktioniert, und obwohl mehr Material verbraucht wurde, bin ich mit dem Endergebnis zufriedener, da es meiner Meinung nach schöner aussieht.

Die andere große Herausforderung bei der Gestaltung war der Schnellwechselmechanismus, den ich für das Gesicht haben wollte. Beim Prototyping habe ich Pappe, Dübel und Unmengen von Klebstoff verwendet, damit es funktioniert, aber für etwas, das einfach zu reproduzieren ist, war das ein No-Go.

Der 3D-Drucker, der mir zur Verfügung steht, ist alt und ungenau, außerdem ist er nicht leicht zu warten. Ich stellte fest, dass ich das Teil, das das Servohorn ersetzen würde, nicht einfach in 3D drucken konnte, um es direkt mit dem Servo zu verbinden. Am Ende habe ich zwei funktionierende Versionen des Teils erstellt. Die erste Version kombiniert lasergeschnittenen Kunststoff mit Zähnen, die mit dem Zahnrad des Servos übereinstimmen, mit einem 3D-gedruckten Teil, das darauf geklebt wird. Die zweite Version verwendet das mit dem Servo gelieferte Servohorn, das auf das kleinstmögliche Stück geschnitten und dann auf ein 3D-gedrucktes Teil geklebt wird.

Diese zweite Version gefiel mir schließlich besser, so dass sie im endgültigen Projekt und in den Begleitdateien enthalten sein wird.

Als nächstes

Besuchen Sie Teil 2 dieses Artikels, in dem ich eine Bauanleitung, die lasergeschnittenen Dateien und den Code, mit dem alles funktioniert, einschließlich der Verwendung des DesignSpark Sensor Development Kit und der Integration des Internets der Dinge (IoT), erläutern werde.