Как пять друзей-инженеров с помощью маленькой электронной платы взяли штурмом мир DIY (от англ. Do It Youself — рус. «Сделай это сам»)
Основная команда Arduino (слева направо): David Mellis (США), David Cuartielles (Испания), Gianluca Martino (Италия), Massimo Banzi (Италия), Tom Igoe (США).
Живописный город Иврея, который расположился на берегу реки Дора Бальтеа в северной Италии, прославился несчастливым королем по имени Ардуин. В 1002 году король Ардуин стал правителем страны, только чтобы быть свергнутым королем Генрихом II из Германии, два года спустя. Сегодня, Бар di Re Arduino (Король Ардуино), паб на мощеной улице в городе, чтит его память там, где родился и вряд ли родится еще новый король. Название бара для Массимо Банзи — соучредителя нового электронного проекта, стало определяющим при выборе имени. Он назвал проект Arduino. Ардуино — недорогая плата с микроконтроллером, что позволяет даже новичку делать действительно удивительные вещи. Вы можете подключить к Ардуино все виды датчиков, ламп, двигателей и других устройств, а также использовать простое в освоении программное обеспечение для программирования. Можно создать интерактивный дисплей или мобильного робота, а потом поделиться разработкой со всем миром, разместив в сети.
Выпущенный в 2005 году как скромный инструмент для студентов от Банзи при взаимодействии проектного института Иврея (IDII — Interaction Design Institute Ivrea), Ардуино породил международную революцию в электронике. Вы можете купить плату Ардуино всего за около $30 или построить свою собственную с нуля: все аппаратные схемы и исходный код доступны бесплатно в рамках открытых лицензий. В результате, Ардуино стал самым выдающимся достижением своего времени в области открытого аппаратного обеспечения.
Маленькая плата теперь стала доступной для мастеров, любителей, студентов и тех, кто просто мечтает создать что-то свое. Более 250 000 плат Ардуино были проданы по всему миру, и это не включает в себя множество клонов. «Он сделал возможным для людей, создать то, что они не могли создать ранее,» говорит Дэвид Меллис, который был студентом в IDII до того, как продолжил заниматься дипломом на MIT Media Lab (междисциплинарная исследовательская лаборатория в Массачусетском Технологическом Институте) и сегодня является ведущим разработчиком программного обеспечения Ардуино.
На основе Ардуино созданы алкотестеры, светодиодные кубики, системы домашней автоматизации, различные дисплеи и даже комплексы анализа ДНК. Есть Ардуино партии и клубы. Google недавно выпустила основанный на Ардуино — платформе комплект разработки Андроид — смартфона. Дейл Доэрти, редактор и издатель журнала Make, который является библией для DIY строителей, определяет Ардуино: «Мозги для создаваемых проектов.»
Ардуино — это не просто проект с открытым исходным кодом, который стремится сделать технологии более доступными. Это также старт-ап компании, возглавляемой Банзи и группой его друзей.
Ардуино возник в связи с задачей: как научить студентов создавать электронные проекты быстро. Это был 2002 год, и Банзи, бородатый и добродушный архитектор программного обеспечения, был вызван IDII доцентом для поиска решения проблемы. Но, в связи с сокращением бюджета и ограниченного времени на использование помещений, его возможностей было мало. Как и многие его коллеги, Банзи опирался на BASIC Stamp, микроконтроллер, созданный в Калифорнии компанией Parallax, инженеры которой использовали его около десяти лет. Stamp был аккуратно расположен на маленькой плате, на ней также располагались блок питания, память, и порты ввода/вывода для подключения оборудования. Но у BASIC Stamp было две проблемы, Банзи обнаружил, что он не имеет достаточной вычислительной мощности для некоторых проектов его учеников, а также он был слишком дорогим, доска плюс основные части могли достигать стоимости около $100. Он также подыскивал что-то, что может работать на компьютерах Macintosh, которые были повсеместно среди дизайнеров IDII. Он решил, что может создать плату сам, которая подходила бы под его потребности.
У Банзи был коллега из Массачусетского технологического института, который разработал язык программирования, названный Processing. Processing стремительно набирал популярность, потому что это позволило даже неопытным программистам создавать сложные и красивые визуализации. Одна из причин его успеха была очень простая в использовании интегрированная среда разработки, другими словами IDE. Банзи поинтересовался, могут ли они создать подобные программные средства для программирования микроконтроллеров вместо графики на экране. Студент Эрнандо Барраган, сделал первые шаги в этом направлении. Он разработал прототип платформу под названием Wiring(проводка), которая включала как IDE так и плату, готовую к использованию. Это был многообещающий проект, который продолжается и по сей день, но Банзи уже думает дальше: он хотел сделать платформу, которая была еще проще, дешевле и удобней в использовании.
Первая плата — прототип, сделанный в 2005 году, имела простой дизайн, и она еще не называлась Ардуино. Массимо Банзи придумал имя год спустя.
Банзи и его сотрудники были сторонниками открытого кода в программном обеспечении. Поскольку цель в том, чтобы создать быструю и легкодоступную платформу, они чувствовали, что было бы лучше сделать проект открытым, насколько это возможно, а не держать его закрытым. Другим фактором, который способствовал этому решению, было то, что после работы в течение пяти лет, IDII ушел из фондов и собирался закрыть свои двери. Преподаватели боялись, что их проекты не выживут или будут присвоены. «Таким образом», — вспоминает Банзи, — «мы сказали: Давайте сделаем проект с открытым исходным кодом».
Модель с открытым исходным кодом уже давно используется для стимулирования инноваций в программном обеспечении, но не аппаратного обеспечения. Чтобы она работала, они должны были найти соответствующее решение лицензирования, которое можно применить к их плате. После некоторого исследования, они поняли, что можно по-разному смотреть на проект. Они могли бы использовать лицензию Creative Commons, некоммерческой группы, чьи соглашения, как правило, используются для произведений культуры, таких как музыка и текст. «Можно подумать, что устройство — это часть культуры, которой мы хотим поделиться с другими людьми,» говорит Банзи.
Плата должна иметь определенную, доступную для студентов цену, ориентировочно — $30. «Цена должна быть соизмерима с ужином в пиццерии,» говорит Банзи. Они также хотели выделяться. Если другие платы часто делают зелеными, они сделали синей; в то время, как некоторые производители экономят на входных/выходных контактах, они, наоборот, сделали их много на плате. В качестве финального штриха, они добавили маленькую карту Италии на задней стороне платы. «Многие элементы дизайна странные для настоящего инженера,» говорит Банзи со смехом, «но я не настоящий инженер, так что я сделал эту глупость!»
Для одного из «реальных» инженеров в команде, Джанлука Мартино, нетрадиционный подход к дизайну печатной платы был в новинку. Мартино описывает его как «новое мышление в электронике. Не в инженерии, где нужно рассчитывать токи и напряжения, а в DIY подходе.»
Команда создала продукт, состоящий из дешевых деталей, которые могут быть легко найдены, если люди захотели бы построить свои собственные платы. Микроконтроллер они взяли ATmega328. Но главной целью было убедиться, что он будет, по сути, «включи и работай», что можно просто взять из коробки, подключить к компьютеру и сразу использовать. Такие платы, как BASIC Stamp требуют, чтобы разработчики раскошеливались на полдюжины других деталей, которые добавляются к общей стоимости. Но для них, пользователь должен просто подключить кабель USB от платы к компьютеру — программирующему устройству.
«Философия Ардуино — если вы хотите изучать электронику, вы должны изучать именно ее с первого дня, вместо того чтобы начинать с изучения алгебры,» говорит другой член команды, инженер электросвязи Дэвид Квартиллес
Команда скоро проверила свою философию в тесте. Они вручили 300 пустых печатных плат студентам IDII с простым заданием: посмотрите инструкции по сборке онлайн, постройте свою собственную плату, и используйте ее для какой-либо своей цели. Один из первых проектов был самодельный будильник, который висел под потолком на кабеле. Всякий раз, когда вы нажимаете кнопку отключения звонка, часы поднимаются выше до тех пор, пока вы не сможете до нее дотянуться. Приходиться вставать.
Вскоре другие люди услышали о платах. И они хотели получить ее. Первым клиентом был друг Банзи, который получил одну плату. Проект начал набирать обороты, но не хватало главного — имени изобретения. Однажды ночью, отдыхая в местном пабе, оно пришло к ним: Arduino, имя царя.
Слово Arduino быстро распространилось в Интернете, без маркетинга и рекламы. Оно привлекло внимание Тома Иго, профессора физических вычислений в программе Интерактивные Телекоммуникации Нью-Йоркского университета, который сегодня является членом основной команды Ардуино. Иго преподавал на курсах для студентов нетехнических специальностей, применяя BASIC Stamp, но был впечатлен особенностями Ардуино. «Если вы, не зная электроники и программирования, хотите, чтобы настройка всего устройства заключалась просто в программировании чипа — просто возьмите плату, нажмите загрузку, и она работает,» говорит он. «Я был также впечатлен ценой в $30, которая сделала ее доступной. Это был один из ключевых факторов для меня.»
В этой связи, успех Ардуино многим обязан существованию языка программирования Processing и платформы Wiring. Эти проекты дали Ардуино один из его существенных преимуществ: очень удачную среду программирования. До Ардуино программирование микроконтроллера несло определенные трудности в процессе обучения. С Ардуино, даже те, кто не имел опыта в электронике, получили доступ к ранее непонятному миру электроники. Теперь, новички не должны много изучать, прежде чем они смогут построить рабочий прототип электронного устройства. Это большое продвижение, в то время, когда многие из самых популярных гаджетов работают по принципу «черных ящиков», которые закрыты и защищены патентами.
Для Банзи, пожалуй, самый важный эффект Ардуино: демократизация техники. «Пятьдесят лет назад, чтобы написать программное обеспечение, вам были необходимы люди в белых халатах, которые знали все о вакуумных трубках. Теперь, даже моя мама может программировать,» говорит Банзи. «Мы позволили многим людям создавать продукты самим.»
Но не всем инженерам нравится Ардуино. Большинство из таких придерживаются мнения, что рынок электронных устройств наводнят блеклые, низкосортные товары, созданные людьми без таланта. Однако, Меллис не думает, что инновации обесценивают роль инженера вообще. «Предоставляя платформу для мастеров или дизайнеров, последние получают способ создания своего шедевра. Этот путь легче для них, чем работать с инженерами и говорить: «Это то, что я хочу сделать, а это — не то!», говорит он. «Я не думаю, что это замена инженера. Это просто облегчение их сотрудничества.»
Для большего привлечения внимания к Ардуино, команда изучает, как интегрировать его более глубоко в систему образования, от начальных школ до колледжей. Несколько университетов, в том числе Carnegie Mellon (Карнеги-Меллон) и Stanford (Стэнфорд), уже используют Ардуино. Меллис изучал, как студенты и обычные люди изучают электронику в серии семинаров в MIT Media Lab. Меллис приглашал 8 — 10 человек в лабораторию, где им давали задание завершить проект в течение одного дня. Проекты представляли собой создание Ipod спикеров, FM радио и компьютерную мышь, используя те же компоненты, которые использует Ардуино.
Но распространение технологии Ардуино только часть проблемы. Команда также должна идти в ногу со спросом на платы. Платформа Ардуино больше не состоит из одного типа платы, теперь существует целое семейство плат. В дополнение к оригинальному проекту, названному Arduino Uno (Ардуино Уно), новые модели включают более мощную плату, названую Arduino Mega (Ардуино Мега), компактную плату, названую Arduino Nano (Ардуино Нано), водонепроницаемую плату LilyPad Arduino , и недавно выпустила плату для подключения к сети, названую Arduino Ethernet.
Для Ардуино создали свое производство DIY электроники. Существует более чем 200 дистрибьюторов продукции Ардуино по всему миру, от крупных компаний, таких как SparkFun Electronics в Боулдере, штат Колорадо, До семейных производств, обеспечивающих местные нужды. Банзи недавно услышал о человеке в Португалии, который бросил свою работу в телефонной компании, чтобы продавать продукцию Ардуино из своего дома. Член команды Ардуино Джанлука Мартино, который курирует производство и распространение, говорит, что они работают сверхурочно, чтобы обеспечить новые рынки, такие как Китай, Индия и Южная Америка. В настоящий момент, говорит он, около 80 процентов пользователей Ардуино разделены между Соединенными Штатами и Европой, остальные разбросаны по всему миру.
Команда не может позволить себе запастись сотней тысяч плат, вместо этого они производят где-то от 100 до 3000 в день на производственном объекте вблизи Иврея. Команда создала систему пользователей для тестирования контактов на каждой плате, число которых для Uno включает 14 цифровых входов/выходов, 6 контактов аналогового ввода, и еще 6 контактов для питания, что гарантирует высокое качество. На платформе Ардуино плата достаточно недорогая, но команда обещает заменить любую плату, которая не работает. Мартино говорит отказы составляют менее 1 процента.
Команда Ардуино сегодня зарабатывать достаточно, чтобы поддерживать двух своих членов, как штатных сотрудников и строит планы по привлечению еще большего внимания людей к плате. В сентябре на Maker Faire, собрании в Нью-Йорке под эгидой журнала Make, команда запустила свою первую плату с 32-битным процессором ARM. 8-битные чипы уходят в прошлое. Это увеличит спрос на более мощные и надежные периферийные устройства. Например, MakerBot построила 3-D принтер на Ардуино, но могло бы извлечь выгоду, применив более быстрый процессор для такой сложной задачи.
Ардуино получил дополнительный импульс, когда Google выпустила плату Ардуино для своей системы Android. Android от Google ADK — это платформа, которая позволяет андроид телефону взаимодействовать с двигателями, датчиками и другими устройствами. Вы можете построить Android приложение, которое использует камеру телефона, датчики движения, сенсорный экран, и подключение к Интернету, чтобы контролировать дисплей или робота. Энтузиасты говорят, что добавленые в Android возможности открывают еще больше возможностей для проектов Ардуино.
Однако команда осторожно относится к усложнению Ардуино. «Задача состоит в поиске способа объединить различные устройства, которые люди хотят создать на платформе» говорит Меллис, «не делая его слишком сложным, особенно для начинающих.»
В то же время, они наслаждаются славой. Фанаты приезжают издалека только для того, чтобы выпить в баре в Иврея, где проект получил свое название. «Люди идут в бар и говорят:» Мы здесь из-за платы Ардуино, «говорит Банзи. Там только одна проблема, добавляет он со смехом: Бармены не знают, что такое плата Ардуино.
Статья переведена с сайта http://spectrum.ieee.org