构建开源硬件的 5 个关键点

科学社区正在加速拥抱自由及开源硬件Free and Open Source Hardware(FOSH)。 研究员正忙于改进他们自己的装备并创造数以百计的基于分布式数字制造模型的设备来推动他们的研究。

热衷于 FOSH 的主要原因还是钱: 有研究表明,和专用设备相比,FOSH 可以节省 90% 到 99% 的花费。基于开源硬件商业模式的科学 FOSH 的商业化已经推动其快速地发展为一个新的工程领域,并为此定期举行 GOSH 年会。

特别的是,不止一本,而是关于这个主题的[两本学术期刊]:[Journal of Open Hardware] (由 Ubiquity 出版,一个新的自由访问出版商,同时出版了 Journal of Open Research Software )以及 HardwareX(由 Elsevier 出版的一种自由访问期刊,它是世界上最大的学术出版商之一)。

由于学术社区的支持,科学 FOSH 的开发者在获取制作乐趣并推进科学快速发展的同时获得学术声望。

科学 FOSH 的5个步骤

Shane Oberloier 和我在名为 Designs 的自由访问工程期刊上共同发表了一篇关于设计 FOSH 科学设备原则的文章。我们以滑动式烘干机为例,制造成本低于 20 美元,仅是专用设备价格的三百分之一。科学和医疗设备往往比较复杂,开发 FOSH 替代品将带来巨大的回报。

我总结了 5 个步骤(包括 6 条设计原则),它们在 Shane Oberloier 和我发表的文章里有详细阐述。这些设计原则也可以推广到非科学设备,而且制作越复杂的设计越能带来更大的潜在收益。

如果你对科学项目的开源硬件设计感兴趣,这些步骤将使你的项目的影响最大化。

1、评估类似现有工具的功能,你的 FOSH 设计目标应该针对实际效果而不是现有的设计(LCTT 译注:作者的意思应该是不要被现有设计缚住手脚)。必要的时候需进行概念证明。

2、使用下列设计原则:

在设备生产中,仅使用自由和开源的软件工具链(比如,开源的 CAD 工具,例如 OpenSCAD、 FreeCAD 或 Blender)和开源硬件。

尝试减少部件的数量和类型并降低工具的复杂度

减少材料的数量和制造成本。

尽量使用能够分发的部件或使用方便易得的工具(比如 RepRap 3D 打印机)进行部件的数字化生产。

对部件进行参数化设计,这使他人可以对你的设计进行个性化改动。相较于特例化设计,参数化设计会更有用。在未来的项目中,使用者可以通过修改核心参数来继续利用它们。

所有不能使用现有的开源硬件以分布式的方式轻松且经济地制造的零件,必须选择现货产品以方便采购。

3、验证功能设计。
4、提供关于设计、生产、装配、校准和操作的详尽设备文档。包括原始设计文件而不仅仅是用于生产的。开源硬件协会Open Source Hardware Association对于开源设计的发布和文档化有额外的指南,总结如下:

以通用的形式分享设计文件。

提供详尽的材料清单,包括价格和采购信息。

如果涉及软件,确保代码对大众来说清晰易懂。

作为生产时的参考,必须提供足够的照片,以确保没有任何被遮挡的部分。

在描述方法的章节,整个制作过程必须被细化成简单步骤以便复制此设计。

在线上分享并指定许可证。这为用户提供了合理使用该设计的信息。

5、主动分享!为了使 FOSH 发扬光大,设计必须被广泛、频繁和有效地分享以提升它们的存在感。所有的文档应该在自由访问文献中发表,并与适当的社区共享。开源科学框架Open Science Framework是一个值得考虑的优雅的通用存储库,它由开源科学中心Center for Open Science主办,该中心设置为接受任何类型的文件并处理大型数据集。

这篇文章得到了 Fulbright Finland 的支持,该公司赞助了芬兰 Fulbright-Aalto 大学的特聘校席 Joshua Pearce 在开源科学硬件方面的研究工作。

via: https://opensource.com/article/18/2/5-steps-creating-successful-open-hardware

作者:Joshua Pearce 译者:kennethXia 校对:wxy 来自:Linux中国

从树莓派到Microbit,中国IT启蒙教育比英国缺点什么?

前段时间,笔者一直在用英国产的“Micro:bit”。这是一款由BBC主导,微软、三星、ARM、英国兰卡斯特大学、巴克莱银行等合作伙伴共同开发的嵌入式编程设备。

它可以通过计算机、手机、平板编程,也可以用图形化的方式编程。支持Scratch、Python、JavaScript三种语言。一块小小的电路板,集成了重力传感器、磁力传感器、温度感测、蓝牙等多个模块。如图所示。

不用安装任何复杂的IDE和运行环境,只要一根USB线和一个主流浏览器就能写入代码,让这块小电路板进行各种有趣的项目和实验。如图所示。

这块小型电路板的背后,是一项名为Make it Digital的计划,旨在推进英国的数字化进程。

该计划从2015年秋季开始,让英国11岁左右的学生都免费获得“Micro:Bit”进行编程学习。

BBC此举意在提高年轻人的数字化技能,并填补未来这方面人才的空缺。据估计,未来五年内,英国将需要约140万的专业IT人士,但现实是目前这方面人才紧缺。BBC希望将这个基于ARM处理器的微型设备作为一个跳板,让学生掌握基础编程知识之后再去使用更复杂的设备,毕业以后可以成为精通此类技能的IT人才。

目前主流的英国中学,编程已经和科学、技术、工程、数学一起,成为学生的基础课程。而且从树莓派到Micro:Bit这类开源硬件不断涌现,也证明了英国教育界和产业界融合之深入,协同之到位。

我国早在1984年,邓老爷子曾就在上海提出过“计算机的普及要从娃娃做起”。计算机课程在该年首次进入上海的高中课堂,翌年成为高中阶段的必修课。

随后计算机教育在我国的发展也如火如荼。但十分可惜的是,与计算机启蒙教育相关的配套硬件却一直没有发展起来。大部分时候,学生都是直接使用进口的非开源商业计算机进行学习。而商业计算机大多是美国标准,一批批学生成年后又继续按这套标准教育新的学生,培训新的员工。间接导致了相关软件业一度被迫向美国看齐,让出了相关领域与美国一较高下的机会。

这虽然和我国的IT基础产业发展较晚有关,但我国没有对青少年计算机启蒙教育进行系统的,持续的,深入的定制和推广也有关系。

比如笔者在初中开始进行系统计算机课程学习。但一开始学的不是编程,而是五笔字型和办公软件。高中时期,学校教授模拟电路和数字电路,很少有机会实战。直至考入大学的电子专业后,才第一次接触嵌入式设备的真机开发,此时不仅动手能力不如少年时期,而且学习计算机编程最好的时光已一去不返。

反观现在的英国青少年,在初中时候便有良好的环境学习Micro:bit这样的简易电路板,高中时候可以进阶到Raspberry Pi这样功能更强的微型电脑实战。可以预想,大学以后,他们基于之前的功底便可轻松进入各种高级的电子、计算机研究领域。

大规模持续的非盈利教育活动,是一个国家国民素质提高的有效手段。而孩童时期又是人们最热衷探索和创新的时候,这个时候如果能给予正确的方向和足够的教育支持。对整个国家综合国力的发展大有裨益。

规模化的IT启蒙,现阶段我国软硬件发展跟的上吗?

2000年左右,中国近乎全民Windows。所幸最近十年大力发展Linux为主的开源软件,让我国在相关领域没有落后于欧美先进国家。

而硬件方面,像树莓派、Micro:bit所采用的低功耗芯片,国内有“全志”、“瑞芯微”可以满足。相关的开源电路板,迅龙的“Orange Pi”和方糖科技的“CubieBoard”已在业界小有名气。

我国东部地区的一些学校,近几年均已经开始中小学的编程训练以提高学生的“STEAM”能力。民间的很多培训班也如雨后春笋般涌现出来。

以上可见,基础已备。中国现阶段缺的,就是一家类似BBC这样有公信力的机构来牵头成立相关的教育基金会,整合国内外一流的资源,建立有益青少年IT教育的体系。同时协调各方设计“能让适龄青少年迅速上手的可编程设备“,推出趣味性和实用性并存的计算机课程,降低整个国民IT学习的成本,让更多的孩子有机会受到良好的计算机启蒙教育,让他们能迈出扎实的第一步。

随着IoT、区块链、AI时代的到来,中国今后的IT需求十分巨大。相关产业的高速发展急需人才推动。希望中国也能借鉴英国的成功经验,普及国民IT教育,填补相关产业的人才缺口,以免在未来失去竞争力。

想要更多,请欢迎关注“IoT前哨站”微信公众号或微博