พลศาสตร์การระบุตำแหน่งด้วยเสียงสะท้อน (Echolocation Kinematics): The BatTrainer
ค้างคาวไม่ได้ใช้สายตา แต่ใช้การส่งคลื่นอัลตราโซนิก (ultrasonic ping-arrays) และตีความการหน่วงเวลาของคลื่นดอปเปลอร์ (doppler delays) ที่สะท้อนกลับมาเพื่อล่าแมลงขนาดเล็กในความมืดมิด โครงการ BatTrainer จำลองระบบนักล่าระดับสูงสุดทางชีววิทยา (biological apex-predator system) นี้ลงบนมนุษย์โดยใช้หลักการทางคณิตศาสตร์! อุปกรณ์นี้สวมใส่ที่หน้าอกหรือศีรษะ มันใช้โมดูล HC-SR04 sonar ในการส่งพัลส์ 40kHz ออกไปทั่วห้อง และปรับเปลี่ยนความถี่และความเข้มของอาร์เรย์ Buzzer / Vibration-Motor ขนาดใหญ่แบบไดนามิก ซึ่งเป็นการสอนให้มนุษย์นำทางในห้องว่างเปล่าได้โดยใช้แค่เสียง!
เมทริกซ์อาร์เรย์สัมผัสแบบไม่เป็นเชิงเส้น (The Non-Linear Haptic Array Matrix)
หุ่นยนต์หลีกเลี่ยงการชนทั่วไปจะหยุดเมื่อตรวจพบกำแพง (< 30cm) แต่ The BatTrainer ต้องการการตอบสนองจากมนุษย์อย่างต่อเนื่องและไม่เป็นเชิงเส้น (non-linear)
- Uno จะรันลูปการทำงานของ Sonar แบบ
pulseIn()อย่างต่อเนื่องทุกๆ 50 มิลลิวินาที! - สมการการแมปแบบผกผัน (The Inverse Mapping Equation): หากกำแพงอยู่ห่างออกไป 400cm Sonar จะเงียบสนิท เมื่อมนุษย์เดินเข้าไปใกล้ขึ้น Buzzer จะเริ่มส่งเสียงคลิกช้าๆ...
beep..........beep - C++ ใช้การปรับสเกล
Map()และInvertที่ซับซ้อนอย่างมาก:
int wallDistance = getSonarData();
// Convert closer distances into FASTER delays!
int heartBeatDelay = map(wallDistance, 10, 200, 50, 1000);
// The closer the wall, the faster it screams!
tone(BuzzerPin, 440);
delay(50);
noTone(BuzzerPin);
delay(heartBeatDelay);
- หากมนุษย์อยู่ห่างจากกำแพงอิฐเพียง 10cm Buzzer จะส่งเสียงกรีดร้องต่อเนื่อง 3000Hz ที่น่าสะพรึงกลัว และจะทำงานร่วมกับ Vibration motor 5V DC ที่สั่นสะเทือนหน้าอกอย่างรุนแรง!
การผสานรวมฮาร์ดแวร์สัมผัส (Haptic Hardware Integration)
- Arduino Nano or Pro Mini (ต้องมีน้ำหนักเบามากเพื่อติดตั้งบนหมวกเบสบอลหรือชุดรัดหน้าอก!).
- HC-SR04 Ultrasonic Sonar Module ("ดวงตา").
- Flat 3V DC Coin Vibration Motors (ติดกาวโดยตรงกับแถบคาดศีรษะ Uno ต้องการ NPN Transistor (2N2222) เพื่อขับ Vibration motor เนื่องจากมอเตอร์จะดึงกระแส 80mA ทันทีและทำให้ดิจิทัลพิน 40mA ของ Uno เสียหาย!).
- Passive Piezo Buzzer (ให้เสียงคลิกที่เปลี่ยนแปลงได้).
- 9V Battery or single 3.7V LiPo เพื่อการเคลื่อนย้ายแบบไร้สายอย่างสมบูรณ์!