Стимпанк-компьютер на силе пламени

Один из самых уникальных DIY-проектов последнего времени был представлен пользователем Reddit под ником PickentCode. Энтузиаст создал автономное устройство, которое он называет «вычислительным аппаратом на тепловом двигателе». Полностью отказываясь от использования солнечных панелей или классических аккумуляторных блоков, автор пошел по совершенно иному пути: он спроектировал кастомный микрокомпьютер в стилистике стимпанка, который питается энергией миниатюрного двигателя Стирлинга, встроенного в корпус из дерева ручной работы.

Двигатель Стирлинга, запатентованный еще в 1816 году шотландским священником и изобретателем Робертом Стирлингом, преобразует тепловую энергию непосредственно в механическую работу. При воздействии пламени на один конец герметичного цилиндра разница температур заставляет воздух внутри расширяться и сжиматься. Этот циклический процесс приводит в движение поршень, который вращает маховик, используемый для питания простого генератора, преобразующего механическое вращение в пригодную для использования электрическую энергию.

Особенности сборки и техническое исполнение

По словам самого PickentCode, на проектирование, сборку и программирование устройства ушел целый месяц. Сначала автор концептуально проработал 3D-макет в среде Blender, после чего приступил к изготовлению физического деревянного корпуса. Для декорирования боковых панелей мастер использовал самодельный лазерный гравер, с помощью которого на дерево был нанесен портрет Роберта Стирлинга и эскиз его оригинального патента 1816 года. Менее крупные структурные элементы, включая корпуса для электронных компонентов и колпачки клавиш, были выполнены методом 3D-печати, в то время как декоративные трубы, изящно обвивающие каркас, были созданы из старого душевого шланга, покрытого золотистой краской.

«Сердцем» системы выступает микроконтроллер ESP32 C3 в связке с 2,42-дюймовым монохромным OLED-дисплеем с разрешением 128×64 пикселя, дополненным 16-клавишной панелью ввода. Выходное электрическое напряжение генератора стабилизируется при помощи небольших конденсаторов, интегрированных в цепь. Пользователь может активно контролировать напряжение с помощью аналогового вольтметра, подключенного параллельно системе; для включения основной цепи и вольтметра предусмотрены два тумблера, закрепленные на передней панели.

Оптимизация под жесткий энергетический бюджет

Эксплуатация электронного устройства — в данном случае полноценного микрокомпьютера — исключительно за счет пламени несет в себе неизбежные энергетические ограничения. Модель двигателя Стирлинга способна вырабатывать лишь 150 милливатт мощности. Чтобы оставаться в рамках этого крайне скромного бюджета, автору пришлось реализовать ряд аппаратных и программных оптимизаций. В частности, модули Wi-Fi и Bluetooth были полностью деактивированы, а яркость экрана поддерживалась на низком уровне для экономии каждого милливатта. Кроме того, частота процессора ESP32 была тщательно настроена: она снижается до 80 МГц при обновлении экрана или интерпретации опкодов и падает до 10 МГц во время простоя в основном цикле программы.

Несмотря на наложенные ограничения, компьютер полностью функционален. Он работает на базе кастомной виртуальной машины CHIP-8, в которую предустановлены классические игровые ROM-файлы: Tetris, Snake и Pong. Впечатляет наличие встроенного редактора кода, позволяющего пользователям вводить опкоды CHIP-8 прямо на лету, чтобы писать и исполнять собственные программы.

Исторический контекст и применение двигателей Стирлинга

Применение двигателей Стирлинга в сфере компьютерных технологий — идея не новая. Ранее в этом году мы освещали проект эксперта по Windows Дэйва Пламмера, который продемонстрировал систему охлаждения, использующую малый двигатель Стирлинга для конвертации отработанного тепла от процессора AMD Threadripper в механическую энергию, вращающую маховик. Хотя это решение не является полноценным способом борьбы с перегревом чипа, было заявлено, что в условиях среды с температурой 20 градусов Цельсия маховик способен раскручиваться до 200 оборотов в минуту.

Источник: tomshardware.com