Työkalujen ei pitäisi koskaan olla suunnittelijoiden innovaation esteenä. Ammattityökaluihin pitäisi päästä käsiksi jo opiskeluaikana, kirjoittaa National Instrumentsin Richard Roberts.

Kiinalainen filosofi Kongfutse sanoi kerran: "Kuulen ja unohdan. Näen ja muistan. Teen ja ymmärrän." Vaikka viisaus on 2500 vuotta vanha, se pitää paikkansa myös tämän päivän elektroniikkaopiskelijoiden parissa.

Koulumaailman ulkopuolella ammattisuunnittelijat tietävät, että aika on vihollinen kun kompleksisia projekteja viedään loppuun. Opiskelija tuntee saman paineen tehdessään viimeisen vuoden projektejaan, kun vuosien aikan opiskeltu tieto pitää hyödyntää oikean järjestelmän luomisessa muutaman viikon aikana.

National Instrumentsilla me uskomme, ettei työkalujen pitäisi koskaan olla suunnittelijoiden innovaation esteenä. Yli 35 vuotta olemme antaneen suunnittelijoille keksimistä kiihdyttäviä työkaluja. Näillä työkaluilla kehitetään joitakin maailman vaativimpia sovelluksia, kuten 5g-tutkimusta, avaruussovelluksia ja esimerkiksi Higgsin bosonin löytäminen. Nyt on aika antaa nämä samat työkalut opiskelijoiden käyttöön.

myRIO: Opiskelijan paras suunnittelutyökalu

NI julkisti jokin aika sitten myRIOn. Kyse on vallankumouksellisesta raudan ja ohjelmiston integroidusta alustasta, jonka avulla opiskelijat voivat suunnitella oikeita järjestelmiä nopeammin kuin koskaan aikaisemmin. MyRIOsta löytyy Xilinxin ohjelmoitavan Zynq-järjestelmäpiirin ohella kaksiytiminen ARM-prosessori. Kun myRIO on alusta asti suunniteltu opiskelijoiden käyttöön, siitä löytyvät käyttövalmiit tulot ja lähdöt, sisäänrakennettu wifi-yhteys ja kovaa käyttöä kestävä kotelo.

Kuva 1 - myRIOn kestävä kotelo on täynnä teknologiaa.

Olemme innostuneita siitä, mitä opiskelija voi myRIOlla kehittää. Samalla olemme myös nähneet tulevaisuuteen. NI:n järjestämässä ohjelmassa valittuihin yliopistoihin jaettiin myRIOn beetaversioita. Tulokseksi saadut projektit olivat hämmästyttäviä.

Esimerkiksi yksi suunnittelija käytti myRIOa automatisoidakseen maatilan kestävän lannoitusjärjestelmän. Siinä kalojen tuottama jäte muodostuu automaattisesti kasvien tarvitsemaksi ravinteeksi. Järjestelmässä myRIO vastaanotti dataa lukuisista antureista, joista mitattiin virtausta ja pH-arvoja. Datan perusteella myRIO ohjasi järjestelmän versipumppua.

Katsokaamme nyt tarkemmin erästä toista myRIO-projektia.

myRIO-voimakypärä

Aina kun näen Daft Punkin tai Deadmou5:n vilkkuvan elektronisen kypärän, sisäinen nörtti minussa innostuu. Ei siis ihme, että tunnen sympatiaa Texas yliopiston elektroniikkaopiskelijan Brandon Boeschiin. Mutta Brandon vei idean pidemmälle tekemällä futuristisen kypärän käyttämällä myRIOa.

Kuva 2 - elektroninen kypärä, tehty myRIOlla

Brandon aloitti asentamalla tiheän rykelmän RGB-edejä mustan moottoripyöräkypärän visiirin sisälpuolelle. Ledit esittävät mitä tahansa pikseleitä kuvassa, tekstissä tai animaatiossa. Kuvat ladataan visiirin pinnalle myRIOn muistista. Prosessointialgoritmeja ajetaan myRIO-prosessorilla. Tuloksena olevaa ledikuvaa ohjataan erillisellä protokollamoottorilla, joka on toteutettu myRIOn FPGA-piirillä. Moottori prosessoi kuvakartan ja tuottaa bittivirran, jonka lediohjain ymmärtää.

Näyttö on täysin dynaaminen ja se vastaa käyttäjän käden liikkeisiin. Tätä varten myRIO vastaanottaa jatkuvasti analogisia lukemia Nintendo Power-käsineen antureista. Brandonin koodi osaa tulkita kymmeniä eleitä, joista osa on hieman uskallettuja. Esimerkiksi kuvite Samoinllut aseen pitäminen kädessä tuottaa näytölle sanan "Bang". Samoin vilkaisu ranteeseen tuottaa kulloisekin kellonajan näytölle.

Oikeat Daft Punk -kypärät maksavat noin 45 000 puntaa. Brandonin version valmistus maksaa alle 400 puntaa.

Ensi alkuun voi olla vaikea nähdä, miten tätä projektia voisi hyödyntää oikeassa sovelluksessa. Kannattaa huomata, että toteuttaessaan protokollamoottorin myRIOn FPGA-piirillä Brandon teki laitteesta "protokollatietoisen". Tämä on trendi, joka on valtaamassa testausalaa kovalla nopeudella. Sen ansiosta testausinsinööri voi kommunikoida testattavan laitteen kanssa laitteen omalla, natiivilla "kielellä".

Silta teollisuuteen

Näiden projektien alla oleva myRIO-tekniikka ei ole rajattu vain luokkahuoneiden sisälle. myRIO perustuu samaan tehokkaaseen teknologiaan kuin NI CompactRIO, joka on teollisuudessa laajassa käytössä. CompactRIOlla on kheitetty tuhansia innovatiivisia projekteja aivovaurioiden kuntoutuslaitteista Aston Martin -kilpa-autojen viritysjärjestelmiin. Lisäksi CompactRioa on käytetty menestyksellä merellä sijaitsevien energialaitosten kehityksessä.

70-tonniset robottikädet

Vaikka tuulivoima on planeetan nopeimmin kasvava energiantuotannon muoto, valtavien voimalatornien pystyttäminen maalle on melkoinen insinöörihaaste. Haaste on vieläkin suurempi, jos voimala halutaan pystyttää merelle.

Merellä olevien tuulipuistojen rakentamista edeltää 75-metristen pilarien asentaminen syvälle merenpohjaan. Tässä työssä suunnittelijoiden täytyy kamppailla myös aaltoje ja merivirtoja vastaan pitääkseen pilarit pysytsuorassa koko siirtoprosessin ajan.

Glasgowlainen ISC teki yhteistyötä Houlderin ja NI:n kanssa luodakseen ongelmaan näyttävän ratkaisun: parin 70-tonnisia, hydraulisesti ohjattavia tarttumakäsiä, jotka pystyvät pitämään 700 tonnin painoisia pilareita paikallaan merenkäynnissä.

Kuva 3- Hydrauliset robottikädet ovat mullistaneet tuulivoimaloiden rakentamisen merelle.

Robottikäsien täydellinen vastakohta on järjestelmän aivot, joka koostuu LabVIEW´llä ohjelmoidusta CompactRIO-ohjaimesta. CompactRIOn ohjelmistopohjaisuus mahdollisti sen, että ISC pystyi muokkaamaan ohjaussuunnitteluaan nopeasti. Yhtiö eteni puhtaalta pöydältä toiivaan toteutukseen vain muutamassa kuukaudessa. Alustaan sisältyvä prosessori ja FPGA-piiri toivat riittävästi laskentatehoa edistyneiden liikeratojen suorittamiseen samalla, kun järjestelmän turvallisuudesta pidettiin tarkkaa huolta.

Paperilla 70-tonnin robottikäsi kuulostaa lähes Lepakkomiehen vihollisen maailman valloituksen työkalulta. Todellisuudessa niitä käyttävät supersankarit, uusiutuvan energian tuottajat, jotka ovat keskeisessä roolissa kun maapallon tulevaisuutta varmistetaan.

Tulkoon vallankumous!

Vaikka myRIO on pienempi ja opiskelijaystävällisempi kuin teollinen isoveljensä, sen avulla opiskelijat voivat oppia teollisuuden käyttämää tekniikkaa. Sen avulla opiskelija siirtyy työelämään kokeneena järjestelmäsuunnittelijana, joka on valmis innovoimaan uutta ensimmäisestä työpäivästä alkaen.

Vain mielikuvitus rajoittaa myRIOn käyttöä. Miehittämättömiä ilma-aluksia, verkkoon liitettyäj sääasemia, kitaran efektipedaaleita, vauvamonitorien protoja, miehittämöttämiä vedenalaisia aluksia. Tällaiset hienostuneet järjestelmät ovat vain yhden idean, yhden myRIOn ja yhden lukukauden päässä.