Come costruire una macchina da giocoliere di Claude Shannon: 4 passaggi

2024 Autore: John Day | [email protected]. Ultima modifica: 2024-01-30 10:01

Claude Shannon era un brillante ingegnere/matematico che ha creato la teoria dell'informazione e sostanzialmente ci ha benedetto con il mondo digitale. Era un giocoliere e un monociclista e ha creato la prima macchina da giocoliere. Ho deciso di costruire una macchina da giocoliere basata sul suo progetto, anche se non ci ha lasciato alcuna specifica per costruirne una. Guardando il video della sua macchina e di altre due macchine costruite dall'università mi è venuto in mente una macchina funzionante. Voglio condividere le specifiche della mia macchina nella speranza che qualcuno con le vere capacità meccaniche costruisca una macchina funzionante molto più bella. Ora la macchina che ho costruito funziona sorprendentemente bene considerando che è fatta principalmente di spazzatura che avevo in giro o parti di altri progetti, ha un piccolo gioco di ingranaggi del motore, è montata su un telaio che poggia solo su alcuni libri di testo sul pavimento, e ha un motore che a volte decide di accelerare o rallentare da solo.

Si prega di controllare il video. I seguenti passaggi mostreranno la costruzione di base, le specifiche e come regolare la forza e il posizionamento del braccio di lancio della palla.

Nota anche che nel mio video a partire dalle 0:40 circa, le palline che rimbalzano tracciano il simbolo dell'infinito. Interessante.

Sfido chiunque a costruire una macchina da giocoliere davvero ben lavorata con metallo o persino una stampa 3D. Ho visto alcune richieste su Internet per una macchina da giocoliere funzionante, ma nessuno sembra averne una disponibile.

Un'altra opzione sarebbe quella di simulare una macchina funzionante su Matlab o un software di simulazione.

Se qualcuno sa dove si trova la macchina da giocoliere di Claude Shannon, lo apprezzerei molto. Mi dispiace che non abbia pubblicato alcun dettaglio del suo progetto. E alcune fotografie della sua macchina parlerebbero molto.

Infine, voglio solo esprimere un grande ringraziamento a Claude Shannon per aver fornito le basi per il nostro mondo digitale.

Ecco un video di Claude Shannon e la sua macchina da giocoliere: Claude Shannon Jugging

Passaggio 1: la struttura di base della macchina da giocoliere

Struttura: la cornice è solo un paio di taglieri in bambù che sono relativamente pesanti e un buon supporto per le altre parti. Puoi usare qualsiasi cosa ma ti rendi conto che potresti dover spostare un po' il supporto del motore.

Cuscinetto principale: il cuscinetto principale è un asse di bicicletta alloggiato in due supporti per cuscinetti. Li ho acquistati separatamente ma si adattano perfettamente e non c'è assolutamente gioco. Non pensare di poter battere questo cuscinetto.

Braccio principale della tazza: ho usato i pali della canna da pesca in fibra di carbonio per il braccio della tazza. Ho usato un pezzo più piccolo che si adattava perfettamente all'asse della bicicletta, quindi l'ho incollato con resina epossidica all'interno di un foro nel braccio della tazza principale. Molto rigido e funziona benissimo.

Tazze: le tazze o le mani sono solo una spugna (schiuma da imballaggio per computer) incollata a caldo su un triangolo di cartone. All'interno del cartone c'è un triangolo in vinile realizzato con un taccuino in vinile. La superficie più dura del vinile trattiene e rilascia la sfera d'acciaio in modo più coerente rispetto al cartone. Probabilmente puoi trovare tazze migliori, ma era tutto ciò che avevo in giro. Ho pensato che forse le racchette da ping pong tagliate avrebbero funzionato meglio, ma sono un po' pesanti. È necessario mantenere le tazze più leggere possibile.

Supporto motore: monto il motore sulla tavola di bambù con un supporto motore in alluminio. Dovrai spostarlo, quindi un supporto mobile è l'ideale, ma non avevo un buon modo per farlo. Quindi ho dovuto solo svitare tutto, spostarlo, riavvitarlo. Richiede tempo. Ma il supporto non è troppo critico: tienilo semplicemente sotto il punto in cui il lungo braccio del motore è attaccato al braccio della tazza principale.

Adattatore per asse motore: è necessario un modo per collegare l'asse motore al braccio corto. Ho trovato questi adattatori da 5 mm perfetti.

Braccio motore piccolo: il braccio corto è un pezzo di alluminio piatto. Facile da praticare fori e probabilmente ne forerai diversi fino a trovare il punto di regolazione ideale.

Grande braccio motore: due tenditori (8 mm) con asta filettata tra di loro consente una buona regolazione. Passerai molto tempo ad aggiustare questo braccio.

Passaggio 2: specifiche

Ci sono circa 9 lunghezze critiche del braccio, punti di attacco e altre specifiche che devono essere prese in considerazione per far funzionare questa macchina. In realtà ho calcolato le permutazioni solo per le possibili regolazioni che posso apportare alla mia macchina e ne sono risultate circa 60.000. Di queste, non so quante funzionerebbero effettivamente.

Guardando il diagramma sopra, spiegherò ogni misurazione.

1. La distanza tra le tasche delle due coppe (o mani) nel mio caso è di 54 centimetri. Posizionare le due coppe troppo vicine non consentirà alla palla di rimbalzare abbastanza spazio, e posizionarle troppo distanti farà rimbalzare la pallina troppo corta per essere catturata nell'altra tazza. Ma il braccio dovrebbe essere regolabile e l'ho fatto posizionando le due coppe su due sezioni interne della canna da pesca che scorrono all'interno del palo principale più grande. Poi ho incollato a caldo quelli più piccoli.

2. Il motore è attaccato a due bracci, uno corto e uno più lungo. Quello più lungo è fissato al braccio porta bicchiere a circa 7,3 cm dal cuscinetto principale su cui ruota il braccio porta bicchiere.

3. Il cuscinetto principale si trova a circa 24 cm dal suolo o dalla superficie su cui rimbalzerà la palla. Nel mio caso aggiungo o sottraggo un libro di testo su cui poggia il telaio della macchina. Non una configurazione ideale. In realtà il telaio deve essere molto pesante o fissato al pavimento in qualche modo. Quando la mia macchina è in funzione, in realtà oscilla un po' e quel tipo di gioco non è una buona idea in quanto influisce sui tempi della macchina, 4. La distanza dal cuscinetto principale all'asse del motore è di circa 15 cm.

5. La distanza dall'allineamento verticale del cuscinetto di banco e dell'asse del motore è di 10 cm. Questa distanza non sembra essere davvero critica.

6. La distanza dall'asse del motore al punto di attacco del braccio più lungo sul braccio più corto è di 4,5 cm. Questo braccio è fondamentale per regolare i punti più alti e più bassi di entrambe le coppe. Se hai bisogno che la palla venga lanciata più lontano, allunga la distanza sul braccio corto. Se hai bisogno di entrambe le tazze per lanciare con meno forza, accorciala.

7. Il braccio motore più lungo è probabilmente il punto più regolato sulla macchina. Ecco perché l'ho fatto facilmente aggiustare usando due tenditori e un'asta filettata. È l'unico punto in cui è possibile modificare in modo differenziato l'altezza e la potenza di lancio delle tazze. Allungando questo braccio, la coppa destra andrà più in alto e lancerà più lontano, e il braccio sinistro si abbasserà e lancerà più corto. Accorciando questo braccio si ottiene l'effetto opposto. È il punto di regolazione dell'equalizzatore per le due tazze.

Un paio di altre variabili contribuiscono al corretto funzionamento della macchina. Uno è la dimensione della palla. Ho usato una sfera d'acciaio da 15 mm. Una palla più piccola o più grande richiederà la modifica di tutte le altre variabili. Una seconda variabile è la velocità del motore. Avrai bisogno di un alimentatore regolabile o di un controller del motore per controllare il numero di giri del motore. Nel mio caso ho usato una verruca da parete variabile da 12 volt.

I miei calcoli delle permutazioni delle regolazioni della macchina:

1 2 3 4 5 6 7 8 9

4 * 4 * 4 * 4 * 4 * 4 * 10 * 2 * 4 = 327, 680 (molto più alto della mia stima originale in cui ho dato solo 3 punti di regolazione a ciascun braccio o distanza) Non sono sicuro di quanti di questi funzionerebbero.

Passaggio 3: alcuni suggerimenti per la regolazione…

Una volta che la macchina è stata costruita, è il momento di farla funzionare. Ho iniziato cercando di far lanciare una palla e di prenderla dall'altra tazza. Comincio impostando i giri intorno agli 80 giri. La palla deve essere lanciata in modo che si incurvi e poi cada appena prima del centro dell'asta lunga della tazza (o del punto di attacco del cuscinetto principale). Quindi rimbalza sul pavimento sul lato più vicino alla tazza di cattura. Se la palla viene lanciata troppo lontano, è probabile che le tazze stiano salendo troppo in alto e debbano essere abbassate accorciando i punti di attacco del braccio motore corto. Se la palla non viene lanciata abbastanza lontano, è necessario allungare gli attacchi del braccio motore corto. Un altro modo per effettuare queste regolazioni è cambiare il punto di attacco del braccio lungo sul braccio della tazza principale (vedere la specifica 2 nel passaggio precedente).

Se una tazza sta lanciando la palla troppo lontano e l'altra non la sta lanciando abbastanza lontano, allora risolvi questo differenziale regolando il lungo braccio del motore. (vedi specifica 7 nel passaggio precedente).

Ad un certo punto potrebbe essere necessario aumentare o diminuire la distanza tra il cuscinetto principale e il pavimento per modificare il tempo di permanenza della palla o quanto tempo la palla trascorre in aria. Questo è quando diventa davvero arte e non tanto scienza, quindi devi solo giocarci.

Velocità del motore: la mia macchina funziona in modo ottimale a circa 80 giri/min. Questo dipende anche dalle altre regolazioni, quindi è necessario un modo per variare i giri del motore. Se il numero di giri è troppo veloce, la palla non ha il tempo di sedersi nella tasca delle tazze e rimbalza semplicemente nella tazza e poi viene lanciata in modo irregolare. Se il numero di giri è troppo lento, la palla non viene lanciata abbastanza lontano o la tazza ricevente non è in grado di afferrare la palla che rimbalza.

Superficie di rimbalzo: è necessaria una superficie su cui far rimbalzare la palla. Uso il pavimento in piastrelle di ceramica nel mio appartamento perché una palla d'acciaio ci rimbalza molto bene. Ho provato il rullante e non tornava a rimbalzare abbastanza in alto (ed era super rumoroso).

Passaggio 4: note finali…

Sfida 1: qualcuno lo costruisce in un'officina utilizzando strumenti professionali. Avevo solo un seghetto e un trapano a mano.

Sfida 2: costruisci una piccola usando la stampante 3D per usare una palla da 10 mm. Sarebbe bello, ma non so quale superficie di rimbalzo potresti usare oltre a un pavimento in ceramica o cemento.

Sfida 3: scopri dove si trova la macchina da giocoliere originale di Claude Shannon e raccontalo a tutti noi. Fai un video durante il funzionamento. Per lo meno, scatta foto in primo piano dei dettagli della sua macchina. Mi viene l'acquolina in bocca alla prospettiva.

Nota: ho trovato la foto sopra della macchina di Claude Shannons che è un po' illuminante ma non abbastanza dettagliata da mostrare le specifiche degli attacchi del braccio e dei cuscinetti e che tipo di motore ha usato. Non sono sicuro di dove sia stata scattata questa foto. MIT, casa sua, Michigan?

Soprattutto divertiti e ringrazia Claude Shannon per aver condiviso la sua genialità!