Przydatne umiejętności dla robotyków i inżynierów biomedycznych
Osoby chcące zostać robotykami czy inżynierami biomedycznymi stoją przed sporym wyzwaniem zdobycia ogromnej wiedzy potrzebnej do rozpoczęcia pracy. Studia jako takie skupiają się głównie na dostarczeniu wiedzy i pozwalają gruntownie poznać te dyscypliny. W mniejszym stopniu pozwolają na rozwinięcie manualnych zdolności czy szlifowaniu podstawowych umiejętności technicznych – to inżynier musi rozwijać sam.
W tym wpisie przybliżę trochę, jakie umiejętności dobrze jest rozwijać i szlifować samemu, aby skutecznie badać, prototypować, naprawiać i budować. Kluczowe jest to, że narzędzia stanowią o inżynierze – to jakie narzędzia znacie i czym dysponujecie – namawiam, żeby część narzędzi kupić sobie samemu i wraz z rozwijaniem umiejętności dalej w nie inwestować – decydować będzie na ile skutecznie faktycznie będziecie mogli rozwiązywać praktyczne problemy. Oczywiście podstawą jest, żeby rozumieć, i to możecie zdobyć na studiach, ale wreszcie trzeba to przekuć na praktyczny efekt. Ktoś wreszcie musi wziąć multimetr i zmierzyć, czy przylutować kabelek, który się uszkodził.
Narzędzia pomiarowe i ogólnie mierzenie
Każdy inżynier w naszej dziedzinie musi umieć korzystać z multimetru. Praktykalia z tym związane są różne:
-
musicie poznać po co i jak testować elementy. Temat sam w sobie jest trochę podchwytliwy, bo jest też związany z rozumieniem, jak ogólnie można testować. Tj. jak mogę sprawdzić, czy czujnik działa? Tutaj mogę zasugerować filmy i książki związane z naprawą elektroniki, niekoniecznie najnowszej. Kanały YouTube poświęcone naprawie starych konsol pokazują, jak metodycznie przejść przez proces diagnozowania, jak i mierzenia właśnie za pomocą multimetru. Idąc szerzej, inżynier nie boi się i umie otworzyć obudowę sprzętu; następnie ma pomysł, jak można zdiagnozować ewentualne problemy.
-
Korzystanie z zasilacza laboratoryjnego: Chociaż nie jest to wprost mierzenie, to podstawowym konceptem mierzenia elementów elektronicznych jest zapewnienie sobie stabilnego i bezpiecznego zasilania. Tą rolę pełnią zasilacze laboratoryjne, które pozwalają na ustalenie napięcia, ograniczenie prądu i przy okazji łatwy sposób na (zgrubne) mierzenie prądu wejściowego. Zasilacze te są aktualnie stosunkowo tanie, chociaż występują też bardzo precyzyjne wersje czy programowalne zasilacze. Każdy inżynier powinien jednak umieć włączyć, umieć ustawić napięcie i (maksymalny) prąd oraz efektywnie umieć zasilić swój układ.
-
Bardziej zaawansowane metody mierzenia: Tutaj już mocno zależy od tego, co się robi, jednak dobrze jest umieć znać przynajmniej jedną metodę na pomierzenie parametrów układu, szczególnie zmieniających się w czasie. Często wystarczy podłączenie sobie np. ADC jakiegoś Arduino i wykorzystanie “plot” w Arduino GUI, ale dobrze jest umieć korzystać z oscyloskopu czy np. układu i oprogramowania Analog Discovery.
Namawiam do bawienia się i poznawania różnego typu czujników i narzędzi pomiarowych. Podstawą pracy naukowej w naszej dziedzinie jest pomiar.
Lutowanie
Lutowanie jest bardzo przydatną umiejętnością, a przy odpowiednich narzędziach i materiałach można je dość szybko opanować.
Podstawowe porady z mojej strony to:
-
Traktowanie lutowania jako “zwilżania” lutem: Ta (związana z rzeczywistością) metafora pozwoli nam zrozumieć, co się dzieje i dlaczego. Na przykład, podobnie jakbyśmy chcieli przełożyć kropelkę wody, łatwiej będzie, jeśli już tam trochę tej wody jest. Z lutem będzie tak samo, dlatego ważne jest, aby wstępnie np. każdy z łączonych drucików pocynować. Podobnie ciężko jest zwilżyć powierzchnię powoskowaną; także przy lutowaniu niektóre powierzchnie łatwo dadzą się pokryć lutem, a inne z trudem. Należy wcześniej powierzchnie wyczyścić, zdjąć z nich utlenione warstwy.
-
Lutowane powierzchnie (elementy) muszą mieć odpowiednią temperaturę: To znaczy, że nie chodzi o to, aby tylko zrzucić roztopiony lut na metal, ale ten metal ma mieć temperaturę pozwalającą na jego roztopienie. Zazwyczaj związane jest to z tym, że lutownicę przykładamy nie do samego drucika z lutu, tylko do lutowanej nóżki i padu płytki, a dopiero one swoją temperaturą roztapiają lut.
-
Polecam stosować dużo topnika: Topnik pozwala na łatwiejszy transfer temperatury, usuwa, a co najważniejsze, nie pozwala na tworzenie się na powierzchni tlenków metalu. Ludzie naprawiający elektronikę i przy lutowaniu, i przy odlutowywaniu elementów leją jego naprawdę stosunkowo dużo. Później, po lutowaniu, czyszczą nadmiar ściereczką albo patyczkiem (q-tip) z niewielką ilością alkoholu.
-
Wprawa ma znaczenie: Dobrze przed jakimiś kluczowymi elementami zrobić sobie jakąś rozgrzewkę.
-
Ważne, aby lutowane elementy unieruchomić, szczególnie płytkę, na której pracujemy. Są do tego imadełka, “3 ręce” (osobiście nie lubię, bo w sprzedaży są bardzo niestabilne wersje). Przed lutowaniem warto zastanowić się, jak ustabilizować lutowane elementy.
-
Lutowanie elementów SMT nie jest jakoś znaczenie trudniejsze niż elementów przewlekanych: Robi się to trochę innymi narzędziami (np. dobrze mieć pęsetę), ale w praktyce często da się to zrobić. Za to odlutowywanie elementu SMT z wieloma nóżkami jest zdecydowanie prostrze niż elementu przewlekanego.
Kalkulator i zdolność obliczania
-
Kalkulator: Każdy inżynier musi umieć korzystać, i faktycznie korzystać, z kalkulatora. Jest to ważne, dlatego że od nas - inżynierów - wymaga się szybkich i prawidłowych wyników. Najłatwiej osiągnąć to za pomocą kalkulatora. W robotyce bardzo ciężko obliczyć np. sin(33) czy dokonać serii obliczeń macierzowych inaczej niż elektronicznie. Inżynier powinien umieć korzystać także z zaawansowanych opcji kalkulatora naukowego: obliczeń na liczbach urojonych, rozwiązywania równań, przeliczania jednostek. Wszystkie te rzeczy pozwalają na sprawne i prawidłowe obliczenia. Teoretycznie, zabawa z kalkulatorem na smartfonie pozwala na podobne wyniki, jednak zajmuje to znacznie więcej czasu. Korzystanie z kalkulatora to umiejętność, którą trzeba ćwiczyć.
-
Obliczenia przybliżone: Trochę w kontraście do pierwszego punktu, inżynier musi też być w stanie szybko policzyć rzeczy w głowie. Głównie taka umiejętność przydaje się na spotkaniach projektowych i planowaniu działań, gdzie na szybko jesteśmy w stanie obliczyć i przewidzieć konsekwencje takich, a nie innych decyzji. Co ciekawe, jest to umiejętność, której można się nauczyć i to aż do bardzo imponującego poziomu. Nie chodzi tutaj o zdolność mnożenia dwóch liczb piętnastocyfrowych, tylko o zestaw trików pozwalających np. mnożyć w przybliżeniu, całkować, różniczkować czy przybliżać o rząd wielkości.