Jeffrey Cross
Jeffrey Cross

3D Prindi oma puutetundlikud mõõtevahendid nägemispuudega inimestele

Koostöös Missouri Pimedate Kooliga on D'Arcy Lab St. Louis'i ülikooli keemiaosakonnas põnevaid didaktilisi vahendeid nägemispuudega üliõpilastele. Erilist tähelepanu pööratakse mõõtmisele ja ruumilisele orientatsioonile - lõpuleviidud disainilahenduste hulka kuuluvad nii Braille'i mõõtmislaud kui ka Braille'i kalibreerija (mis on allalaadimiseks saadaval). Me püüame oma projekti ulatust edasi arendada, luues keerukamaid objekte, mis aitavad õpilastel mõista sümmeetria põhialuseid, keemia, matemaatika, kaunite kunstide ja muu jaoks olulist kontseptsiooni.

Õpilased bakalaureuse orgaanilise keemia kursustel tabavad tihti seina, kus molekuli kahemõõtmeline kujutis ei muuda kavandatud kolmemõõtmeliseks objektiks. Kolmemõõtmelise ruumi kontseptualiseerimise raskus on paljude jaoks pettumuse allikas, sest mitte teadmisi ei saa levitada rote-i mälestuse kaudu. Kolledžitasemel orgaanilise keemia kursustel on tavaline, et soovitada „modelleerimiskomplektide“ kasutamist, et aidata õpilastel kombineerida visuaalsete kontseptsioonidega. Need komplektid on tihti piiratud nende võimekusega esindada süsteeme eranditega, andes ekslikult mõningaid mõisteid keemiaga seotud geomeetria "jäikusest", samal ajal kui õpilased õpivad soodsatest geomeetrilistest moonutustest ja üleminekuolukordadest.Enamasti keemikutest koosneva haridusgrupina koondasime oma jõupingutused 3D-trükkimiseks mõeldud „erandlike” molekulide kujundamisele, mis aitaks mõista geomeetrilisi moonutusi. Edendasime seda kontseptsiooni, märgistades molekulid kombatavade löögide ja indikaatoritega, võimaldades jälgida molekuli manipuleerimist kosmoses ainult puudutades.

Taktilisuse alusel teabe edastamine ei ole uus idee. Võib-olla on kõige edukam ja kergemini äratuntav kombatav kirjutussüsteem tuntud kui Braille, mille on välja töötanud prantsuse kirjanik Louis Braille 1824. a. Hakkasime katsetama Braille'i teostamise viise meie disainilahendustes; selgub, et sulatatud sadestamise modelleerimise trükkimine võimaldab kergesti tekitada tõstatatud muhke mittetasapinnalistel pindadel, mis on täiuslik Braille'ile. Meie esimesed kujundused olid lihtsamad ja keskendus molekulaarse geomeetria ümber (näiteks allpool toodud fotol olevad 3D-pildid), mis on mõeldud 3D-mudelite disaini ja trükkimise tutvustamiseks.

Braille kiri on kinnitatud süsinikdioksiidi molekulaarsele kujutisele koos ammoniaagi, ammooniumi, tetraeedri ja oktaeedriga. Konstruktsioonid, mille on kujundanud ja trükitud Zac Christensen, Emma Mehlmann ja Daniel Cotton.

Lineaarse süsinikdioksiidi trükk on kinnitatud meie katsega kirjutada Braille'isse “CO2” - see loeb üsna ebamugavalt kui „kolmanda kolmanda pealinna kapitali”. Oluline on märkida, et tänapäeval kasutatav Braille ei ole otseselt transliteratiivne. Kuigi Braille'i saab kasutada kõigi 26 ladina tähestiku tähe väljendamiseks, mis viib mis tahes teksti võimaliku transliteratsiooni lihtsa fondi muutmisega mis tahes keeles, on see erinevate keelte jaoks aastate jooksul optimeeritud. Ühtne inglise Braille'i kiri koosneb suurest kontraktsioonide, indikaatorite ja sümbolite arhiivist, mis on mõeldud Braille kirjaga kirjutatud tekstide loetavuse maksimeerimiseks. Mudeli tagaosas on õige sõnaga „Lineaarne”, mis viitab süsinikdioksiidi molekulaarsele geomeetriale, kuid lõpuks teadsime, et tulevaste disainilahenduste manustatud teave tuli edastada selgelt ja lühidalt, põhjustamata liigset segadust. Seda eesmärki oleks võimatu saavutada ilma Braille-kirjaoskusega õpetajate ja üliõpilaste abita lähedal asuvas Missouri Pimedate Koolis, andes meile väärtuslikku tagasisidet ja soovitusi. Missouri Pimedate Kool on tunnistatud esimeseks institutsiooniks Ameerika Ühendriikides, kes 1860. aastal ametlikult Braille´i vastu võtab. MSB õpetajate ja üliõpilaste kannatlikkus ja valmisolek töötada koos meiega ning anda ausat ja põhjalikku tagasisidet meie disainilahenduste kohta viis meid siin kirjeldatud tööd.

Näidates oma mudeleid mitmetele MSB õpetajatele ja arutades pedagoogikat, mainis matemaatikaõpetaja raskusi, mida tema õpilased viimistlaste mõõtmisega tegid. Õpilastele pakutakse Braille'iga varjatud joonlauda, ​​mida levitab Ameerika Pimedate Trükikoda (APH). Tuleb välja, et suurim mõõtmisraskused ei tulene mitte valitsejatelt, vaid ruumilisest orientatsioonist, mis on vajalik kolme erineva mõõtme, st pikkuse, laiuse ja kõrguse mõõtmiseks. Õpilased pöörlevad mõõtmise ajal sageli käes olevaid esemeid, kaotades kiiresti jälje, millist külge on eelnevalt mõõdetud, põhjustades segadust. See on täiesti arusaadav - objektis ruumis pöörates ei ole fikseeritud telje süsteemi, mistõttu on “kõrguse, laiuse ja pikkuse” eristused täiesti suvalised. See muudab õpetaja jaoks eriti raskeks, et tema kogu klass töötab sama telgede komplektiga. Me seadsime eesmärgiks luua objekte, mis võimaldaksid üliõpilasel eristada teatud külgi isegi pärast rotatsiooni. Nendel kuubikutel on sisseehitatud tekstuur, mis võimaldab külgede ja suundade fikseeritud määramist:

Meie esialgne disain sisaldas ülespoole suunatud kolmnurte, et tähistada nii külge, mida tavaliselt nimetatakse “pikkuseks”, kui ka objekti ülaosa. „Laius” on varustatud paralleelsete vertikaalsete servadega. Teine konstruktsioon sisaldab objekti ristlõike kujuga indikaatorit ja risti asetsevaid jooni mõlemal pinnal nii kuubiku kui ka kuubi puhul. Näidatud on ka katse fikseeritud lineaarse koordinaattelje idee edastamiseks, kui lähtepunkt (0, 0, 0) on määratletud kolme unikaalse tõstetud serva identifikaatori, ühe ruudu, ühe ümardatud ja ühe eraldatud sfääriga ristumiskohaga. . Mudelit saab ruumis vabalt pöörata, säilitades samas oma algse telgede komplekti.

Pärast nende objektide tutvustamist MSB üliõpilastele olime rõõmus, et nägime neid nii 3D-trükkimise tegeliku protsessiga nii lummatud. Nende tunne tunne on nii rafineeritud, et nad avastasid kohe PLA filamendi üksikute kihtide vahelised servad, enne kui nad märkasid suuremaid tekstuuri erinevusi külgede vahel. Mõistsime, et vajaliku selgituse tase muutis need objektid kiiresti segaduse allikaks - „kas igaühe kolmnurgad ülespoole oma kuubikute vasakul ja paremal küljel?” Ei ole tingimata lühike ega selge. Veelgi enam, asjaolu, et mõõtmine piirdus spetsiaalselt loodud objektidega, muutis rakendamise ebapraktiliseks - mis siis, kui õpilane tahab raamatut mõõta?

MSB õpetajate ajusid viisid meid ideele luua „baas”, mis toimiks fikseeritud kolmemõõtmelise koordinaatsüsteemina. Sel moel saab mõõta mis tahes objekti, kuna see ei pea olema mingisuguste erisuunaliste markeritega varjatud. Mitme kuu jooksul optimeeriti disain ja lõpptoode on näidatud allpool. Juhatus kavandati AutoCADis, imporditi VCarve Pro-sse ja lõigati lõpuks keskmise tihedusega kiudplaadist Shopbot Desktop CNC ruuteriga. Esialgu plaanisime kasutada kolme APH braille'i valitsejat meie x, y ja z telgedena. See on ühilduv y- ja z-telgedega, kuid x-telje joonlaua pöörlemisel leitakse, et numeratsioon on tagurpidi. Seega püstitasime omaenda Braille joonlaua kujunduse, mida oleks lihtne printida mis tahes FDM printerisse. Kuna need on enamasti tasapinnalised esiletõstetud objektid, on need suure lahutusvõimega äärmiselt kergesti printitavad. Braille, mis on kinnitatud nende pindadele, ilmneb selgelt, ehkki veidi karmimalt, vastavalt õpilastele, nii et oli vaja mõnda kerget lihvimist. Z-telg on spetsiaalselt konstrueeritud soonega, mis võimaldavad juhil libistada joonlaua üles ja alla, et hõlbustada objekti kõrguse määramist. Selle konstruktsiooni mitu iteratsiooni tehti ja tehti kindlaks, et sooned olid optimaalsed, võimaldades juhil libistada õrna jõuga, kuid mitte raskusjõu tõttu.

Täielik z-telje joonlaud juhendiga

Ruum on ette nähtud “tiitli” plaatidele, mis võimaldab mõõta süsteemi (s.o metriline, 1 cm demarkatsioon).

Karkassilise koordinaatteljega mõõdetakse teemantkristallvõre ühikuelemendi skaala mudeli mõõtmeid. Diamond-võre, mis on kujundatud ja trükitud Micah Rubini poolt.

Z-telje konstruktsioon viis meid kaaluma teist disaini, mida võiks kasutada mõõtmisplaadi või selle abil. Eriti üks üliõpilane oli rõõmus, et kodus on oma mõõtmislaud ja valitsejad, seega otsustasime kujundada veidi rohkem kaasaskantavat tööriista, mille tegijad on armastatud. Joonlaua disain on sarnane ülaltoodud foto y-teljega joonlaua kujutisele, kuigi Braille on veidi muudetud, et arvutada 0–18 cm. Palk on trükitud neljas osas: alus, ülemine, slaid ja joonlaud ise. Slaid on paigaldatud juhtrööbastele ning ülemine ja alumine osa on kinnitatud epoksiidiga joonlaua külge, nagu on näidatud alloleval fotol.

Täielikult 3D-trükitud pihuarvutite piduriseade kergete mõõtmiste jaoks.

Koostöö meie lab ja Missouri Pimedate Kooli vahel on käimas ning me ootame palju rohkem põnevaid kujundeid. Selle projekti tulemusena on MSB-le antud märkimisväärne toetus, mis on võimaldanud neil osta oma 3D-printeri. See on muidugi olnud üliõpilaste seas tabanud. Oleme abistanud MSB õpetajaid 3D-modelleerimisprogrammiga Rhinoceros, mis on võimas vahend, mis võimaldab neil teha muudatusi meie disainilahendustes ning luua vajadusel oma disainilahendusi. Tulevased projektid hõlmavad molekulaarstruktuure sisemiste käigudega, mis võimaldavad sidemete pöörlemist ja sidemete nurga reguleerimist, märgistatud molekulaarsete orbitaalidega mudeleid, keerukamaid kristallvõrke ja palju muud.

Olete teretulnud siin näidatud mudelite STL- ja 3DM-failide allalaadimiseks. Kontaktandmete ja nende projektide kohta lisateabe saamiseks külastage meie lab veebisaiti. Lisateabe saamiseks võite külastada ka Missouri pimedate kooli.

Osa

Jätnud Kommentaari