3D طباعة أدوات القياس عن طريق اللمس الخاصة لضعاف البصر - 💡 Fix My Ideas

3D طباعة أدوات القياس عن طريق اللمس الخاصة لضعاف البصر

3D طباعة أدوات القياس عن طريق اللمس الخاصة لضعاف البصر


مؤلف: Ethan Holmes, 2019

بالشراكة مع مدرسة ميسوري للمكفوفين ، ينشئ مختبر دارسي في قسم الكيمياء بجامعة واشنطن في سانت لويس أدوات تعليمية مثيرة للطلاب ذوي الإعاقات البصرية. يتم التركيز بشكل خاص على القياس والتوجه المكاني - تشمل التصميمات النهائية كلاً من لوحة قياس برايل وفرجار برايل (المتاحة للتنزيل). نسعى إلى توسيع نطاق مشروعنا من خلال إنشاء كائنات أكثر تعقيدًا ستساعد الطلاب على فهم أساسيات التناظر ، وهو مفهوم حيوي للكيمياء والرياضيات والفنون الجميلة وأكثر من ذلك.

غالبًا ما يصيب الطلاب في دورات الكيمياء العضوية في المرحلة الجامعية الأولى جدارًا لا يترجم فيه تمثيل ثنائي الأبعاد لجزيء إلى كائن ثلاثي الأبعاد مقصود. تعد صعوبة وضع تصور للفضاء ثلاثي الأبعاد مصدرًا للإحباط بالنسبة للكثيرين ، حيث لا يمكن نقل المعرفة من خلال الحفظ عن ظهر قلب. من الشائع لدورات الكيمياء العضوية على مستوى الكلية أن توصي باستخدام "مجموعات النمذجة" لمساعدة الطلاب على إقامة صلات اللمس مع المفاهيم المرئية. غالبًا ما تكون هذه المجموعات محدودة في قدرتها على تمثيل الأنظمة مع وجود استثناءات ، مما يؤدي بشكل خاطئ إلى إعطاء فكرة عن "صلابة" الهندسة المرتبطة بالكيمياء ، بينما يتعلم الطلاب في وقت واحد التشوهات الهندسية المواتية وحالات الانتقال.كمجموعة تتألف معظمها من الكيميائيين عن طريق التعليم ، ركزنا في البداية جهودنا على تصميم جزيئات "استثنائية" للطباعة ثلاثية الأبعاد ، والتي من شأنها أن تساعد المرء على فهم التشوهات الهندسية. لقد عززنا هذا المفهوم عن طريق تحديد الجزيئات بمطبات ومؤشرات عن طريق اللمس ، مما سمح للمرء بتتبع التلاعب بجزيء في الفضاء من خلال اللمس فقط.

نقل المعلومات على أساس اللباقة وحدها ليست فكرة جديدة. ولعل أكثر إدراك ناجح ويمكن التعرف عليه بسهولة لنظام الكتابة عن طريق اللمس يُعرف باسم طريقة برايل ، التي طورها الكاتب الفرنسي لويس برايل في عام 1824 في سن الخامسة عشرة. بدأنا في تجربة طرق تطبيق طريقة برايل في تصميماتنا ؛ كما اتضح ، تتيح عملية طباعة نمذجة الترسيب المنصهرة إنشاء مطبوعات مرتفعة على وجوه غير مستوية ، مما يجعلها مثالية لبريل. كانت تصميماتنا الأولى مبسطة ومركزة حول الهندسة الجزيئية (مثل المطبوعات ثلاثية الأبعاد الموضحة في الصورة أدناه) ، وهي محاولة للتعرف على تصميم النماذج ثلاثية الأبعاد وطباعتها.

مضمن بطريقة برايل على التمثيل الجزيئي لثاني أكسيد الكربون ، مع الأمونيا والأمونيوم ورباعي السطوح وجسم مجسم مجاور. الهياكل التي صممتها وطبعتها زاك كريستنسن وإيما ميلمان ودانييل كوتون.

تم تضمين نسخة من ثاني أكسيد الكربون الخطي مع محاولتنا لكتابة "CO2" في طريقة برايل - فهي تقرأ بشكل خرقاء إلى حد ما كـ "عاصمة رأس المال رقم ثلاثة". من المهم أن نلاحظ أن طريقة برايل المستخدمة اليوم ليست ترجمة مباشرة. على الرغم من أنه يمكن استخدام طريقة برايل للتعبير عن جميع الأحرف الأبجدية اللاتينية البالغ عددها 26 حرفًا ، مما يؤدي إلى ترجمة محتملة لأي نص في أي لغة عن طريق تغيير بسيط للخط ، فقد تم تحسينه على مدار السنين لعدة لغات. تتكون اللغة الإنجليزية الموحدة برايل من أرشيف واسع من الانقباضات والمؤشرات والرموز التي تعمل على زيادة وضوح النصوص المكتوبة بطريقة برايل. يقرأ الجزء الخلفي من النموذج بشكل صحيح "Linear" ، في إشارة إلى الهندسة الجزيئية لثاني أكسيد الكربون ، ولكن في نهاية المطاف علمنا أن المعلومات المضمنة في التصاميم المستقبلية يجب أن تنقل بشكل واضح ومختصر دون التسبب في الارتباك الزائد. سيكون من المستحيل تحقيق هذا الهدف دون مساعدة المعلمين والطلاب الذين يعرفون القراءة والكتابة بطريقة برايل في مدرسة ميسوري القريبة للمكفوفين لتزويدنا بتعليقات واقتراحات قيمة. تم الاعتراف بمدرسة ميسوري للمكفوفين كأول مؤسسة في الولايات المتحدة تتبنى طريقة برايل رسميًا في عام 1860. إن صبر واستعداد المعلمين والطلاب في MSB للعمل معنا وتقديم ملاحظات صادقة وشاملة حول تصميماتنا أدت بنا إلى العمل الموصوف هنا.

عند عرض نماذجنا على العديد من المعلمين في MSB ومناقشة علم أصول التدريس ، ذكرت معلمة الرياضيات صعوبة قيام طلابها بإجراء قياسات مع الحكام. يتم تزويد الطلاب بالمساطر المضمنة مع طريقة برايل ، والتي تقوم بتوزيعها دار الطباعة الأمريكية للمكفوفين (APH). اتضح أن الصعوبة الرئيسية في القياس لا تأتي من الحكام أنفسهم ، ولكن الاتجاه المكاني اللازم لقياس ثلاثة أبعاد منفصلة ، أي الطول والعرض والارتفاع. يقوم الطلاب في كثير من الأحيان بتدوير الأشياء بأيديهم أثناء إجراء القياسات ، وفقدان المسار السريع للجانب الذي تم قياسه مسبقًا ، مما يؤدي إلى التشويش. هذا أمر مفهوم تمامًا - لا يوجد نظام محور ثابت عند تدوير كائن في الفضاء ، وبالتالي فإن التمييز بين "الطول والعرض والطول" هو تعسفي تمامًا. هذا يجعل من الصعب على المعلم التأكد من أن فصلها بأكمله يعمل مع نفس مجموعة المحاور. لقد شرعنا في إنشاء كائنات تسمح للطالب بالتمييز بين جوانب معينة حتى بعد التناوب. تحتوي هذه المكعبات على مواد مضمنة للسماح بتعيين ثابت للاتجاهات والاتجاهات:

تضمن تصميمنا المبدئي مثلثات تشير إلى الأعلى لتعيين الجانب المعين عمومًا على أنه "طول" وأعلى الكائن. يتم تضمين جانب "العرض" مع التلال العمودية المتوازية. تصميم آخر يتضمن مؤشر "متقاطع" لأعلى الكائن ، وخطوط عمودية على كلتا المجموعتين من الوجوه لكل من مكعبة مكعبة. تظهر أيضًا محاولة لنقل فكرة محور الإحداثيات الديكارتي الثابت ، حيث يتم تعريف نقطة الأصل (0 ، 0 ، 0) من خلال تقاطع ثلاثة محددات فريدة للحافة المرتفعة ، مربع واحد ، دائري ، واحد منفصل . يمكن تدوير النموذج بحرية في الفضاء مع الاحتفاظ بمجموعته الأصلية من المحاور.

عند تقديم هذه الكائنات للطلاب في MSB ، كنا متحمسين لرؤيتهم مفتونة للغاية بالعملية الفعلية للطباعة ثلاثية الأبعاد. يتم تحسين إحساسهم باللمس لدرجة أنهم لاحظوا على الفور التلال بين الطبقات الفردية من خيوط جيش التحرير الشعبى الصينى قبل أن يلاحظوا أي من الاختلافات النصية الأكبر بين الجانبين. لقد أدركنا أن مستوى التفسير المطلوب الذي سرعان ما جعل هذه الأشياء مصدرًا للارتباك - "هل تشير المثلثات التي يقوم بها كل شخص إلى الأعلى على الجانبين الأيسر والأيمن من مكعّباته؟" ليست بالضرورة مقتضبة أو واضحة. علاوة على ذلك ، فإن كون القياس مقصورًا على الأشياء المصممة خصيصًا جعل التنفيذ غير عملي - ماذا لو أراد الطالب قياس كتاب؟

قادنا العصف الذهني مع المعلمين في MSB إلى فكرة إنشاء "قاعدة" من شأنها أن تكون بمثابة نظام إحداثيات ثابت ثلاثي الأبعاد. وبهذه الطريقة ، يمكن قياس أي كائن ، لأنه لا يحتاج إلى تضمينه مع أي علامات اتجاه خاصة. على مدى عدة أشهر ، تم تحسين التصميم ، ويتم عرض المنتج النهائي أدناه. تم تصميم اللوحة في AutoCAD ، وتم استيرادها إلى VCarve Pro ، وأخيراً قطعت من اللوح الليفي متوسط ​​الكثافة باستخدام جهاز توجيه Shopbot Desktop CNC. في البداية ، خططنا لاستخدام ثلاثة مساطر برايل APH كمحور x و y و z. هذا متوافق مع محوري y و z ، ولكن عند دوران المسطرة للمحور x ، تم العثور على الترقيم للخلف. وبالتالي ، شرعنا في تصميم مساطر برايل الخاصة بنا والتي يمكن طباعتها بسهولة في أي طابعة FDM. نظرًا لأن معظمها عبارة عن كائنات مسطحة ذات حروف مرتفعة ، فمن السهل للغاية طباعتها بدقة عالية. تظهر طريقة برايل المضمنة على أسطحها بشكل واضح ، وإن كانت خشنة بعض الشيء وفقًا للطلاب ، لذلك كان من الضروري إجراء بعض الصنفرة الخفيفة. تم تصميم المحور z خصيصًا بأخاديد للسماح بدليل للانزلاق لأعلى ولأسفل المسطرة من أجل تسهيل تحديد ارتفاع الكائن. تم إجراء العديد من التكرارات لهذا التصميم ، وتم تحديد أن الأخاديد كانت مثالية ، مما يسمح للدليل بالانزلاق بقوة لطيفة ولكن ليس بسبب الجاذبية.

المسطرة z الكاملة مع دليل

يتم توفير مساحة لبلاطات "العنوان" ، مما يسمح لأحدها بوصف نظام القياس (أي القياس المتري ، 1 سنتيمتر).

يقيس محور الإحداث الديكارتي أبعاد نموذج المقياس لخلية الوحدة لشبكة بلورية الماس. شعرية الماس صمم وطبع من قبل ميكا روبن.

قادنا تصميم المحور z إلى التفكير في تصميم آخر يمكن استخدامه بشكل مستقل عن لوحة القياس أو بالاشتراك معها. كان أحد الطلاب على وجه الخصوص متحمسًا لاحتمال وجود لوحة قياس خاصة به وحكام في المنزل ، لذلك شرعنا في تصميم أداة محمولة أكثر قليلاً ، محبوبون من قبل صانعي: الفرجار. يشبه تصميم المسطرة تصميم المسطرة y في الصورة أعلاه ، على الرغم من أن Braille قد تم تعديله بشكل طفيف ليحسب من 0-18 سم. تتم طباعة الفرجار في أربعة أجزاء: قاعدة ، أعلى ، شريحة ، والمسطرة نفسها. يتم تثبيت الشريحة على قضبان التوجيه ، ويتم تثبيت القمة والقاعدة على المسطرة باستخدام الإبوكسي ، كما هو موضح في الصورة أدناه.

مسدس برايل ثلاثي الأبعاد مطبوع بالكامل لقياسات سهلة.

التعاون بين مختبرنا ومدرسة ميسوري للمكفوفين مستمر ، ونتوقع أن يأتي الكثير من التصميمات المثيرة. نتيجة لهذا المشروع ، تم منح MSB منحة كبيرة مكنتهم من شراء طابعة ثلاثية الأبعاد خاصة بهم. هذا ، بالطبع ، كان ضربة ناجحة بين الطلاب. نحن نساعد المعلمين في MSB على تجربة برنامج النمذجة ثلاثية الأبعاد Rhinoceros ، وهي أداة قوية تتيح لهم إجراء تعديلات على تصميماتنا ، وكذلك إنشاء تصميماتهم الخاصة عند الحاجة. تشمل المشاريع المستقبلية الهياكل الجزيئية مع التروس الداخلية التي تسمح بدوران السندات وتعديل زاوية السندات ، والنماذج ذات المدارات الجزيئية المسمى ، والمشابك البلورية الأكثر تعقيدًا ، وأكثر من ذلك.

مرحبًا بك لتنزيل ملفات STL و 3DM للطرز المعروضة هنا. للحصول على معلومات الاتصال والمزيد حول هذه المشاريع ، يرجى زيارة موقع مختبرنا. لمزيد من المعلومات ، يمكنك أيضًا زيارة مدرسة ميسوري للمكفوفين.



قد تكون مهتمة

MakeItGo هي لعبة الحزب العالمي ل Makerspaces

MakeItGo هي لعبة الحزب العالمي ل Makerspaces


صانع أضواء كاشفة: Chunlin Guan (Dolphin Guan)

صانع أضواء كاشفة: Chunlin Guan (Dolphin Guan)


هذا الأسبوع في صنع: نظرة خاطفة من حجم 58 ، أول مهمة حصة صانع ، وأكثر من ذلك

هذا الأسبوع في صنع: نظرة خاطفة من حجم 58 ، أول مهمة حصة صانع ، وأكثر من ذلك


دفع مغلف الأداء

دفع مغلف الأداء