3D Udskriv dine egne taktiske måleværktøjer til det synshæmmede - 💡 Fix My Ideas

3D Udskriv dine egne taktiske måleværktøjer til det synshæmmede

3D Udskriv dine egne taktiske måleværktøjer til det synshæmmede


Forfatter: Ethan Holmes, 2019

I samarbejde med Missouri School for the Blind skaber D'Arcy Lab i Chemistry Department ved Washington University i St. Louis spændende didaktiske værktøjer til synshandicappede studerende. Der lægges særlig vægt på måling og rumlig orientering - færdige designs omfatter både en Braille-måleplade og en Braille-kaliper (som kan downloades). Vi søger at fremme omfanget af vores projekt ved at skabe mere komplekse objekter, der vil hjælpe eleverne med at forstå symmetriens fundamentale, et kriterium, der er afgørende for kemi, matematik, billedkunst og meget mere.

Studerende i grundkursus organisk kemi kurser ramte ofte en mur, hvor en todimensionel repræsentation af et molekyle ikke oversætter til det tilsigtede tredimensionale objekt. Vanskeligheden ved at konceptualisere tredimensionelt rum er en kilde til frustration for mange, da det ikke er viden, der kan formidles gennem rote memorization. Det er almindeligt at kurser på organisk kemi på college-niveau anbefaler brug af "modelleringssæt" for at hjælpe eleverne med at foretage taktile forbindelser med visualiserede koncepter. Disse kits er ofte begrænset i deres evne til at repræsentere systemer med undtagelser, der fejlagtigt giver en vis opfattelse af "stivhed" af geometrien forbundet med kemi, samtidig med at eleverne lærer om gunstige geometriske forvrængninger og overgangstilstande.Som en gruppe bestod hovedsagelig af kemikere ved uddannelse, fokuserede vi i første omgang på vores indsats for at designe "usædvanlige" molekyler til 3D-udskrivning, hvilket ville hjælpe dig med at forstå geometriske forvrængninger. Vi fremmer dette koncept ved at markere molekylerne med taktile bump og indikatorer, så man kan holde styr på manipulationen af ​​et molekyle i rummet udelukkende ved berøring.

Relaying information baseret på taktilitet alene er ikke en ny ide. Måske er den mest vellykkede og let genkendelige realisering af et taktilt skrivesystem kendt som Braille, udviklet af den franske forfatter Louis Braille i 1824 i en tidlig alder af femten. Vi begyndte at eksperimentere med måder at gennemføre blindskrift på i vores design; Som det viser sig, gør processen med sammensmeltning af fusionsaflejringer mulighed for en let fremstilling af hævede støder på ikke-plane ansigter, der er perfekte til blindskrift. Vores første designs var simplistiske og centreret omkring molekylær geometri (som 3D-udskrifterne vist på billedet nedenfor), et forsøg på at gøre os bekendt med design og udskrivning af 3D-modeller.

Braille indlejret på en molekylær repræsentation af kuldioxid, med ammoniak, ammonium, en tetraeder og en oktaedron i nærheden. Strukturer designet og trykt af Zac Christensen, Emma Mehlmann og Daniel Cotton.

En udskrift af lineær kuldioxid er indlejret i vores forsøg på at skrive "CO2" i blindskrift - det lyder temmelig klumpet som "kapital c kapital o nummer tre tre." Det er vigtigt at bemærke, at den braille, der anvendes i dag, ikke er direkte transliterativ. Selvom punktskrift kan bruges til at udtrykke alle 26 bogstaver i det latinske alfabet, hvilket fører til en mulig transliteration af enhver tekst på et hvilket som helst sprog ved en simpel skrifttypeændring, er den blevet optimeret gennem årene til forskellige sprog. Unified English Braille består af et stort arkiv af sammentrækninger, indikatorer og symboler, der tjener til at maksimere læsbarheden af ​​tekster skrevet i blindskrift. Modellernes bagside læser korrekt "Lineær", der henviser til molekylær geometri af kuldioxid, men i sidste ende vidste vi, at den indlejrede information i fremtidige designs skulle relayes klart og kortfattet uden at forårsage forvirring. Dette mål ville være umuligt at opnå uden hjælp fra Braille-literate lærere og studerende på den nærliggende Missouri School for the Blind giver os værdifuld feedback og forslag. Missouri School for the Blind er anerkendt som den første institution i USA for officielt at vedtage blindskrift i 1860. Tålmodigheden og viljen hos lærerne og eleverne på MSB til at arbejde sammen med os og give ærlig og grundig feedback på vores designs førte os til det her beskrevne arbejde.

Ved at vise vores modeller til flere lærere ved MSB og diskutere pædagogik, nævnte matematiklæreren problemet med, at hendes elever havde målinger med herskerne. Eleverne er forsynet med herskerne indlejret med blindskrift, distribueret af det amerikanske trykkeri for blinde (APH). Det viser sig, at den største målebesvær ikke kommer fra herskerne selv, men den rumlige orientering var nødvendig for at måle tre separate dimensioner, dvs. længde, bredde og højde. Studerende roterer ofte genstande i deres hænder, mens de foretager målinger, der hurtigt mister spor på hvilken side der tidligere var målt, hvilket førte til forvirring. Dette er helt forståeligt - der er ingen fast akse-system, når du roterer et objekt i rummet, og derfor er sondringerne af "højde, bredde og længde" helt vilkårlig. Dette gør det særligt svært for en lærer at sikre, at hele sin klasse arbejder med det samme sæt af akser. Vi satte os op for at skabe genstande, som ville gøre det muligt for eleverne at differentiere bestemte sider selv efter rotation. Disse cuboider har indlejrede teksturer for at tillade fast tildeling af sider og retninger:

Vores oprindelige design inkluderede opadgående trekant for at betegne begge sider, der almindeligvis er tildelt som "længde" og toppen af ​​objektet. Bredden er indlejret med parallelle vertikale højder. Et andet design indeholder en "kryds" formet indikator for objektets top og vinkelrette linjer på begge sæt ansigter for både en cuboid og en terning. Et forsøg på at videresende ideen om en fast kartesisk koordinatakse er også vist, hvor et oprindelsespunkt (0, 0, 0) er defineret af skæringspunktet mellem tre unikke hævede kantidentifikatorer, en firkantet, en afrundet og en adskilt sfære . Modellen kan frit drejes i rummet, mens den beholder sit originale sæt af akser.

Ved introduktion af disse objekter til eleverne på MSB var vi spændte på at se dem så fascineret med den faktiske 3D-udskrivningsproces. Deres følelsesfølsomhed er så raffineret, at de straks bemærkede højderne mellem de enkelte lag af PLA-filamentet, inden de så nogen af ​​de større tekstforskelle mellem siderne. Vi indså, at forklaringsniveauet hurtigt gjorde disse genstande til en forvirringskilde - "er alles triangler pegende opad på venstre og højre side af deres cuboider?" Er ikke nødvendigvis kortfattet eller klart. Desuden er det forhold, at måling var begrænset til specielt designede objekter, gjort implementering upraktisk - hvad hvis studenten ønsker at måle en bog?

Brainstorming med lærerne på MSB førte os til ideen om at skabe en "base", der ville tjene som et fast tredimensionelt koordinatsystem. På denne måde kan ethvert objekt måles, da det ikke behøver at være indlejret med nogen specielle orienteringsmarkører. I løbet af flere måneder blev designet optimeret, og det endelige produkt er vist nedenfor. Bestyrelsen blev designet i AutoCAD, importeret til VCarve Pro, og til sidst skåret fra medium density fiberboard med en Shopbot Desktop CNC router. Vi havde oprindeligt planlagt at bruge tre APH-braille linjer som vores x-, y- og z-akser. Dette er kompatibelt med y- og z-akserne, men efter rotation af linjalen for x-aksen er nummereringen fundet bagud. Således satte vi os for at designe vores egne Braille linjer, som nemt kunne udskrives i en hvilken som helst FDM printer. Da disse er for det meste flade objekter med forhøjet bogstaver, er de utroligt nemme at udskrive i høj opløsning. Braille indlejret på deres overflader kommer klart ud, omend lidt groft ifølge eleverne, så det var nødvendigt med let skæring. Z-aksen er specielt designet med riller til at tillade en guide til at glide op og ned linjalen for at lette bestemmelsen af ​​objektets højde. Flere iterationer af dette design blev lavet, og det blev fastslået, at riller var optimale, hvilket gjorde det muligt for styret at glide med blid kraft, men ikke på grund af tyngdekraften.

Den fulde z-akse linjal med guide

Der er plads til "titel" fliser, hvilket gør det muligt for en at beskrive målesystemet (dvs. metriske, 1 cm demarkeringer).

En kartesisk koordinat akse måler dimensionerne af en skala model af enheden celle i et diamant krystal gitter. Diamantgitter designet og trykt af Micah Rubin.

Udformningen af ​​z-aksen fik os til at overveje et andet design, som kunne bruges uafhængigt af eller i forbindelse med målekortet. En enkelt studerende var især begejstret for udsigten til at have sit eget målekort og linjere hjemme, så vi satte os for at designe et lidt mere bærbart værktøj, elsket af beslutningstagere: en tykkelse. Linjens design svarer til den for y-aksen linjeren i ovenstående billede, selvom punktskriftet er ændret lidt for at tælle fra 0-18 cm. Tykkelsen er trykt i fire dele: en base, en top, et dias og selve linjalen. Glideren er monteret på styreskinnerne, og toppen og bunden er fastgjort til linjalen med epoxy, som vist på billedet nedenfor.

En fuld 3D-trykt håndholdt Braille-kaliber til nemme målinger.

Samarbejdet mellem vores lab og Missouri School for the Blind foregår, og vi forventer mange flere spændende designs at komme. Som et resultat af dette projekt har MSB fået et betydeligt tilskud, som har gjort det muligt for dem at købe deres egne 3D-printere. Dette har selvfølgelig været et hit blandt eleverne. Vi har hjulpet lærere ved MSB-eksperimentet med 3D-modelleringsprogrammet Rhinoceros, et kraftfuldt værktøj, der gør det muligt for dem at foretage ændringer i vores designs samt skabe deres egne designs, når behov opstår. Fremtidige projekter omfatter molekylære strukturer med indvendige gear, der muliggør bindingsrotationer og bindingsvinkeljustering, modeller med mærkede molekylære orbitaler, mere komplekse krystalgittere og mere.

Du er velkommen til at downloade STL- og 3DM-filerne til de viste modeller. For kontaktoplysninger og mere om disse projekter, besøg venligst vores labs hjemmeside. For yderligere information kan du også besøge Missouri School for the Blind.



Du Kan Være Interesseret

Multimeter Basics: Målespænding, modstand og strøm

Multimeter Basics: Målespænding, modstand og strøm


Arduino Powered Robot Orchestra Rocks Adele

Arduino Powered Robot Orchestra Rocks Adele


Gør en vindmølle ud af reservedele til 3D-printer

Gør en vindmølle ud af reservedele til 3D-printer


Vis os dine Arduino projekter med #MakeArduino

Vis os dine Arduino projekter med #MakeArduino






Seneste Indlæg