Carpentopod: Proyek meja kopi yang bisa berjalan

• Perangkat lunak pembuat mekanisme berjalan yang awalnya dibuat sebagai hobi berkembang ke pembuatan elektronik dan pertukangan, lalu diwujudkan sebagai Carpentopod, meja kopi kayu yang dikendalikan secara nirkabel
• Link kaki dipilih dengan mengevolusikan ribuan varian virtual, dengan kecepatan berjalan, jarak dari tanah, penggunaan material, dan lintasan ujung kaki sebagai kriteria seleksi
• Meski mirip Strandbeest karya Theo Jansen, proyek ini menargetkan struktur yang lebih ringkas dan tidak terlalu mudah selip melalui rasio komponen berbeda, titik sendi tambahan, dan diameter ujung kaki yang membulat
• Pembuatan fisiknya terdiri dari desain Autodesk Fusion 360, pemesinan CNC bambu laminasi, lebih dari 100 komponen bambu, ball bearing, poros baja, crankshaft aluminium, motor brushless 24V, serta kontrol closed-loop berbasis Arduino Nano
• Struktur link berada di domain publik, tetapi desain mejanya tidak dibuka; pembuatan untuk pribadi dan pendidikan diperbolehkan, namun berbagi atau menjual gambar desain, kit, atau produk memerlukan persetujuan tertulis

---

Meja berjalan yang berawal dari perangkat lunak

• Carpentopod berawal dari perangkat lunak pembuat mekanisme berjalan yang dibuat sebagai hobi pada 2008
• Setelah kemudian mempelajari elektronika dan pertukangan kayu, salah satu mekanisme yang dibuat dengan perangkat lunak itu diwujudkan sebagai meja kopi kayu berjalan yang dikendalikan secara nirkabel
• Namanya dibuat dengan menggabungkan kata Latin carpentum dan pod, yang berarti kaki atau tungkai

Link kaki yang dibuat dengan metode evolusi

• Struktur link kaki dihasilkan oleh perangkat lunak yang membuat ribuan varian kaki virtual saling bersaing
• Setiap varian mendapat skor fitness berdasarkan kriteria berikut
  • Kecepatan berjalan
  • Jarak dari tanah
  • Penggunaan material
  • Seberapa horizontal dan mulus gerak ujung kaki pada sepertiga bagian bawah siklus
• Alasan memberi reward pada lintasan ujung kaki adalah agar solusi yang mengurangi guncangan naik-turun dan selip kaki saat tiga kaki bergerak bersama lebih diutamakan
• Hanya individu dengan skor tinggi yang digunakan untuk membuat parameter kaki generasi berikutnya, dan mutasi genetik juga ditambahkan secara berkala agar solusi baru dapat ditemukan
• Dengan menulis solver kinematika dalam C++, evolusi puluhan generasi per detik dapat dilakukan, dan proses berubahnya desain awal yang buruk menjadi desain yang teroptimasi dapat diamati
• Link final Carpentopod dipilih setelah menjalankan simulasi yang lebih besar dan lebih panjang

Perbedaan dengan Strandbeest

• Link kaki Carpentopod secara visual mirip dengan patung Strandbeest karya Theo Jansen
• Perbedaannya ada pada rasio komponen, titik sendi tambahan, dan diameter ujung kaki membulat yang diperoleh dari proses evolusi
• Parameter tambahan ini digunakan untuk menemukan solusi yang lebih ringkas dan memiliki selip kaki lebih sedikit
• Selip kaki terjadi ketika kecepatan beberapa ujung kaki yang menyentuh tanah tidak sepenuhnya cocok, dan pada struktur nyata kaki-kaki itu dapat saling memperlambat
• Kaki Strandbeest kadang menggunakan ujung kaki yang fleksibel atau menggelinding untuk mengompensasi sebagian efek ini

Desain struktur meja

• Sebelum membuat versi sebenarnya, sebuah model kecil dibuat dengan versi awal link hasil evolusi untuk menguji CNC dan teknik pembuatan
• Setelah itu diputuskan untuk membuat meja kopi kayu berjalan sebagai benda yang relatif praktis dan enak dilihat
• Karena setiap kaki Carpentopod hanya menyentuh tanah selama sepertiga siklus berjalan, meja membutuhkan total 12 kaki agar selalu stabil
• Agar dapat berjalan mulus, komponen kaki harus dibuat dan dipertahankan dengan presisi submilimeter
• Komponen kaki dirancang dengan memproses papan bambu laminasi yang kuat, alami, tahan lama, dan stabil menggunakan CNC
• Semua komponen meja dirancang dengan Autodesk Fusion 360
  • Pemodelan
  • Pengujian
  • Rendering
  • Persiapan CNC
• Di dalam perangkat lunak, kondisi lengkap pada titik mana pun dalam siklus berjalan dapat dilihat, sehingga penyesuaian estetika dan pengecekan jarak menjadi mudah

Badan tengah yang memuat elektronik dan penggerak

• Di antara enam kaki di kedua ujungnya disediakan bagian perut tengah yang kosong untuk menempatkan elektronik, motor, dan baterai
• Rangka dan bagian perut dirancang melengkung seperti peti harta karun terbalik agar tidak berbentuk bersudut
• Karena bentuk ini, ada tanggapan bahwa meja tersebut mirip The Luggage dalam novel Discworld karya Terry Pratchett
• Bagian perut tengah membuat semua kaki berada agak jauh dari pusat sehingga dapat berperan lebih efektif saat berputar
• Setiap kelompok yang terdiri dari enam kaki terhubung ke crankshaft masing-masing, dan setiap crankshaft digerakkan oleh satu motor
• Berkat struktur ini, gerak maju dan belok dapat dikendalikan seperti tank hanya dengan dua motor yang dikontrol secara independen

Pembuatan CNC dan pengerjaan kayu

• Dalam pembuatan meja sebenarnya, sebanyak mungkin komponen dibuat dengan CNC demi presisi dan kemudahan reproduksi
• Peralatan yang digunakan adalah router CNC 3 sumbu murah
• Karena CNC 3 sumbu hanya dapat membuang material dari sisi atas, komponen kaki yang membutuhkan bentuk rumit dan bagian cekung dibuat dengan memproses tiga lembar bambu laminasi secara terpisah menggunakan CNC lalu merekatkannya
• Satu komponen pun harus diproses beberapa kali dengan tool berukuran dan berbentuk berbeda, dan ada kalanya perlu dibalik secara presisi lalu dijepit kembali untuk pemrosesan dua sisi
• Lebih dari 100 komponen bambu diproses dengan CNC, diamplas, dilapisi lacquer, lalu dirakit dengan ball bearing dan poros baja
• Dua crankshaft dibuat dengan mengaitkan poros berbentuk D dan komponen offset putar yang memiliki lubang berbentuk D
  • Poros berbentuk D dan komponen offset diproses secara presisi dengan CNC dari batang dan pelat aluminium biasa

Pintu lengkung dan set furnitur

• Pintu bagian perut meja yang melengkung dibuat dengan melakukan kerfing halus pada bambu laminasi yang sama, lalu membuatnya lebih lentur dengan uap dan mengeringkannya pada jig melengkung untuk membentuknya
• Pintu direkatkan di atas dua rib engsel yang tidak terlihat, dan dibuat mudah dibuka-tutup dengan magnet tertanam
• Furnitur TV dengan tinggi yang sama juga dibuat dengan pengelasan, dan bagian atas kedua furnitur dibuat dari satu potong kayu mangga agar tersusun seperti satu set

Motor dan kontrol closed-loop

• Setiap kelompok enam kaki digerakkan oleh motor masing-masing, tetapi gerak relatif kaki dalam satu kelompok diatur oleh satu crankshaft
• Jika bagian enam kaki tanpa motor didorong, bagian itu bergerak maju seperti roda
• Ujung kaki dirancang agar menyentuh tanah dengan lembut dan tidak mencoba mendorong masuk ke tanah, sehingga guncangan naik-turun meja saat berjalan tidak besar
• Untuk penggerak nyata digunakan dua motor brushless 24V bergir murah yang biasa dipakai untuk produk tirai otomatis
  • Output nominalnya hingga 1,5Nm @ 130RPM
  • Elektronik bawaannya mendukung kontrol kecepatan langsung melalui kabel sinyal PWM terpisah
• Ketika kecepatan rendah diperintahkan dengan PWM, motor hampir langsung masuk ke mode pemutusan termal otomatis selama beberapa detik, bahkan saat hanya menerima sebagian beban maksimum
• Cara yang lebih berhasil adalah membiarkan sinyal PWM pada 100% dan mengubah tegangannya secara langsung
• Untuk mengubah tegangan baterai menjadi output antara 0–24V, digunakan dua modul Step Up/Down Converter murah
• Modul ini dimodifikasi agar tegangan output dapat diatur langsung dengan sinyal PWM cepat dari papan Arduino Nano daur ulang
• Pengaturan arus maksimum yang dapat disetel pada modul konversi tegangan digunakan untuk mengontrol torsi stall maksimum per motor, dan ini juga terkait dengan keselamatan jari
• Sinyal sensor Hall-effect dari motor dimasukkan ke Arduino, lalu perangkat lunak ditulis dalam C untuk mewujudkan kontrol motor closed-loop
• Berkat kontrol ini, setiap motor dapat mengikuti kecepatan dan posisi target secara independen dan akurat dalam rentang yang memungkinkan, terlepas dari beban

Kendali nirkabel dan baterai

• Sebagai tahap terakhir, modul Bluetooth dihubungkan ke Arduino
• Kode C ditulis untuk menghubungkan dan menafsirkan data joystick dari Nunchuck nirkabel daur ulang
• Joystick nirkabel ini adalah perangkat yang dibuat secara terpisah
• Dengan baterai LiPo 14,8V yang dimasukkan ke bagian perut meja, meja ini menjadi meja nirkabel yang dapat berjalan ke mana pun di ruang keluarga dengan remote kecil
• Mungkin tidak terlalu praktis, tetapi ada kesenangan tersendiri dalam membuatnya membawakan minuman

Cakupan publikasi dan ketentuan hak kekayaan intelektual

• Setelah banyak permintaan masuk, struktur link Carpentopod itu sendiri dirilis ke domain publik
• Sebagai tips pembuatan, pada skala gambar crank berada di sekitar ketinggian 1000.0 dari tanah, dan kaki tidak bekerja baik sendiri atau berpasangan; tiga kaki adalah kuncinya
• Dalam penjelasan tambahan pada Oktober 2024, cakupan publikasinya diperjelas
  • Struktur link Carpentopod berada di domain publik
  • Desain unik meja tidak berada di domain publik
  • Menerbitkan rencana berbasis desain meja, menjalankan bisnis, atau menjual produk maupun kit tanpa persetujuan tertulis akan dianggap sebagai pelanggaran hak kekayaan intelektual
• Pembuatan desain sendiri untuk tujuan pribadi atau pendidikan diperbolehkan dan dianjurkan
• Menggunakan gaya meja untuk proyek murni pribadi atau pendidikan diperbolehkan, tetapi berbagi atau menjual rencana maupun produk berdasarkan desain dan estetika uniknya memerlukan persetujuan eksplisit

Komunitas

• Seiring bertambahnya orang yang mencoba membuat build kreatif dengan link Carpentopod atau mereproduksi meja asli, komunitas Discord dibuat
• Tautan bergabung: https://discord.gg/pybMUqcrvw

[GN⁺]

Pendapat di Hacker News

• Kalau pun tidak sedang ingin membaca seluruh tulisannya, video hasil akhirnya di bagian paling akhir wajib ditonton
  Benar-benar menggemaskan dan membuat senyum lebar mengembang di wajah
  Karena semua teknologi modern disembunyikan di bagian dalam dan yang terlihat hanya struktur kayu, tersisa nuansa magis seperti sesuatu yang bisa muncul di Harry Potter
  • Gila! Meja berjalan yang bergerak lewat Bluetooth sama sekali tidak ada di daftar prediksi 2024 saya, tapi saya benar-benar suka
  • Maksudnya pasti Discworld!
  • Jangan begitu, harus baca seluruh tulisannya
    Ini benar-benar tulisan yang luar biasa
  • Tautan video untuk yang ingin melihat hasil akhirnya lebih dulu: https://www.youtube.com/watch?v=xKDY4yWxfJM
• Mengingatkan pada The Luggage dari Discworld karya Terry Pratchett, terutama buku-buku Rincewind
  Tidak pernah menyangka akan melihat versi dunia nyatanya, dan ini benar-benar keren
  • Yang pertama terpikir juga The Luggage
    GNU, Sir Terry
• Tidak perlu pertanyaan klasik ala HN, “tapi kenapa?”
  Video meja itu dengan patuh membawakan bir dan semangkuk camilan untuk pemiliknya sudah menjelaskan semuanya
  • Sekarang jadi ingin versi yang dipasangi kamera tersembunyi dan machine vision supaya bisa mengikuti seperti anjing jinak
    “Sebentar ya, saya mau mengajak meja jalan-jalan dulu”
  • Dengan roda, hal yang sama bisa dilakukan jauh lebih mudah, tapi kalau begitu kan tidak seru?
• Indah. Gerakan kakinya mengingatkan pada serangga seperti kecoak raksasa
  Saya ingin punya meja kopi seperti ini, dan sebenarnya rasanya tidak perlu motor juga
  Kelihatannya kalau didorong saja, ia bisa berjalan mulus seperti meja dengan roda arah tetap
  • Set 3 kaki yang terhubung dengan benar tampaknya bekerja seperti roda, dan itu benar-benar keren
• Seseorang bernama de Carpentier membuat proyek pertukangan kayu yang keren—namanya memang cocok
  • Mungkin itu proyek kolaborasi?
• Ada orang-orang yang benar-benar kreatif
  Saya tertawa keras saat Carpentopod membawakan bir dan keripik kentang untuk pemiliknya, lalu parkir dengan sopan di sebelah rekannya yang statis dan kurang cakap
  Ingin melihat lebih banyak karya fantastis seperti ini
• Mengingatkan pada strandbeest karya Theo Jansen: https://news.ycombinator.com/item?id=41347016
  Yang baru-baru ini juga muncul di HN
• Ini benar-benar membuat saya tersenyum. Dibuat dengan sangat baik, dan nuansa mesin biologis-nya sangat kuat
• Saya ingin membuat ini dalam bentuk kotak dan memasang kaki palsu kecil di kakinya
• Oh, keren! Ini strandbeest yang dikendalikan jarak jauh