设计制作一个可穿戴声纳训练设备

我的项目提出一个问题：技术能否开启新的感知现实，而不成为我们获取这些现实所依赖的工具?如果可以，可穿戴设备是否有助于人类掌握回声定位能力，使其成为一种永久且独立于设备的技能?为回答这个问题，我开发了ECHO V1——一款类似回声定位训练轮的可穿戴设备，从设计之初就旨在不断扩展其功能。

制造工艺

整个制作过程总共花了大约6周时间。我并没有等到MDEF制造课程开始才动手，而是提前就开始工作了。这样我得以在课程开始前先测试一个原型，但结果并不理想。幸运的是，我有足够的时间进行调整和反复改进。

第一版如上所示(仅包含面包板，而非其集成设计)。我尝试用音频作为反馈，而不是使用触觉电机来自超声波传感器的反馈。在理解空间距离方面效果良好，但与我的研究问题不符，因为用户无法听到自己的回声，因此在没有技术辅助的情况下，始终无法实现回声与反馈之间的耦合，从而无法学习相关技能。

我决定转向触觉马达。由于我在之前的认知实验项目中已有使用触觉马达传递信息的经验，这感觉像是对之前工作的自然延续。

这是第一个使用纸板作为可穿戴材料的原型。看看那些线缆，简直乱成一团。我花了整整一周时间整理线缆，过程非常繁琐，但最后却感到无比满足。

一体化设计

这个项目最令人满足的部分之一，是人工智能无法为我提供帮助。在一些我不太了解的领域(比如可穿戴设备和集成硬件)中，我使用AI来指导工作时毫无道德顾虑。我曾尝试让AI为我生成电路图，但完全无法产出任何有用的内容。反而是，这反而成了巨大的帮助，因为我必须亲手绘制所有内容，这让我能够深入理解每一个设计决策的每一步。整个过程中遇到了很多问题，而感觉自己能独立解决或排查故障(看，就是你，克劳德)，这种感觉非常有力量。

以上是我为电机、传感器和麦克风实现线缆管理的示意图。

以上是柔性面包板的手绘接线图。由于我使用的是背面，所以所有内容都必须反过来设计。最后我给每一行和每一列都标上了字母，以便更方便地引用各个位置。

上面是完成并焊接好的电路。整个过程耗费了数小时的焊接时间，大部分时候都是一种冥想般的专注，其间夹杂着强烈的挫败感。焊接和操控，是我唯一能真切感受到我们进化中肢体局限的两种活动，也让我渴望自己至少拥有另外两只手臂和双手。也许如果我继续坚持下去，我的后代就能通过这些适应而进化。

故事——设计过程(描述设计策略、步骤、遇到的问题以及团队如何解决这些问题——迭代式思维)

正如我之前提到的，从开始到完成整个设计过程大约花了6周时间。通过以往的项目经验，我了解到在处理电子元件时，每天少量推进远比最后冲刺一次性完成要高效得多。课程一开始，我用带有传感器的纸板制作了一个初步原型。前两周，我主要专注于线缆管理，并将所有组件逐一安装到位。

希亚姆给了我一个想法，用医用面罩作为设备的框架，因为它们结实耐用，有足够的空间安装各种部件，并且可以调节以适应不同头型。在将所有组件分别连接好之后，我首先开始将传感器嵌入塑料面罩中。我先用轮廓勾勒出传感器的位置，然后在MDEF房间使用旧的焊锡枪烧出一个孔，从而为传感器腾出空间。安装好传感器后，我便需要考虑如何固定麦克风了。

我原本打算3D打印一个麦克风支架，但后来发现了一些铜线。我把铜线缠绕在头盔边缘，按自己喜欢的形状弯曲，并用导线套住麦克风线缆固定。结果非常完美。完成这些步骤后，我需要把电机粘到头带上去，这过程相当费力。我决定走捷径，从之前的一个项目中取回一些电机。但最终效果并不理想，因为电机无法平整贴合。寻找灵感时，我看到Erandi为她的项目如何布线，于是决定采用同样的布局。

这至少增加了5个小时的工作量，但这一切都是值得的。在所有组件安装到位后，我将电线焊接在柔性基板上(如上图所示)，并使用AI(Claude)生成代码，运行测试以确保每个组件都能正常工作。这些测试代码可在本项目的附件部分获取。

一切设置完成后，我用扎带将矩阵和便携式移动电源固定在头带上(我意识到，扎带是FabLab中最被低估的工具之一)。所有组件整合完毕后，我使用Claude生成了导航代码，以之前的测试代码为基础。经过一些调整，并与其他用户进行了测试，最终确定了能够正常运行的代码。

一切运行正常，直到活动前一天，麦克风突然停止工作。我尝试了各种方法来修复问题，但遗憾的是，所有排查结果都指向一个结论：麦克风坏了。幸运的是，项目刚开始时丹尼给了我两个备用的麦克风，于是我回到FabLab，用焊锡将一个新麦克风接上。教训是：一定要准备备用零件。

未来发展机会

ECHO V1 作为导航工具使用时，我能够通过它在空间中进行导航，MDEFEST期间所有使用者也都以不同程度的舒适度实现了这一点。然而，这还远远不够。ECHO V1 的设计初衷并非用于导航，而是作为回声定位训练工具。为了验证其是否能实现最初的设计目的，我需要连续数周对不同受试者进行测试，采用标准化方法，之后再在没有设备的情况下重新测试。未来大部分开发工作都始于这一阶段。除了测试之外，我还希望尝试用摄像头进行距离感知，而非超声波飞行时间传感器。我认为这样可以更详细地呈现用户周围环境的信息，且不受视线水平物体的限制。但这也带来了如何将这些信息转化为触觉反馈的重大问题。因此，我认为在进一步迭代新设备之前，首先应重点完善现有设备的训练功能。

本文编译自hackster.io