Kartu ultra-tipis menjalankan simulasi aliran

• Proyek flip-card adalah perangkat keras open source yang menjalankan simulasi FLIP (fluid-implicit-particle) pada kartu nama super tipis
• File desain PCB dan logika simulasi disertakan langsung, sehingga mudah untuk dijadikan referensi dan diaplikasikan
• Melalui simulator WASM, simulasi dapat di-debug tanpa perangkat keras fisik
• Menerapkan rancangan kreatif seperti baterai isi ulang dan port USB-C
• Dikembangkan dari algoritma terbaru serta proyek referensi para peneliti terkenal seperti Matthias Müller

---

Gambaran umum proyek flip-card

• flip-card adalah proyek perangkat keras open source yang benar-benar menjalankan algoritma simulasi aliran yang tertanam di papan sirkuit berukuran kartu nama super tipis
• Proyek ini terinspirasi dari proyek fluid simulation pendant dari mitxela, dan keunikan utamanya adalah Anda dapat melihat gerakan aliran yang intuitif dan visual langsung pada kartu

Berkas dan struktur utama

• File desain PCB berada di folder "kicad-pcb"
• Logika simulasi aliran berbasis FLIP berada di crate Rust mandiri pada folder "fluid_sim_crate", dan diimplementasikan berdasarkan penelitian Matthias Müller serta metode mutakhir yang diperkenalkan di "Ten Minute Physics"
• Implementasi firmware berbasis chip RP2350 tercakup dalam file "flip-card_firmware"

Fitur dan karakteristik

• Baterai isi ulang: Berpedoman pada desain proyek tiny touch lcd dari cnlohr, diterapkan port USB-C di tepi papan untuk meningkatkan kegunaan nyata
• Simulator WASM: Alat berbasis WebAssembly di folder "sim_display" memungkinkan debugging simulasi di lingkungan PC maupun web tanpa perlu perangkat keras
• Penjelasan detail masing-masing folder tersedia di file README masing-masing

Informasi lainnya

• flip-card cocok untuk mempelajari dan menjadi referensi implementasi chip simulasi fluida, pengalaman merancang rangkaian perangkat keras, debugging simulasi berbasis WebAssembly, dan desain papan isi ulang
• Proyek ini menjadi perhatian komunitas open source sebagai contoh referensi dan sumber pengetahuan desain

[GN⁺]

Komentar Hacker News

• Keuntungan dari tabung kosong berukuran kartu nama yang diisi sebagian dengan air adalah aliran fluida menjadi lebih realistis, biayanya murah, mudah diproduksi, dan debugging juga sederhana. Kekurangannya adalah ada risiko pantat basah saat duduk, dan rasa puas saat mengerjakan tugas yang sulit dan menantang juga berkurang.
  • Pada ukuran kartu nama, gerakan fluida menjadi terlalu cepat.
• Port USB-C di ujung papan ini benar-benar keren. Saya rasa kalau orang sadar bahwa mereka bisa memasang USB-C ke papan tanpa komponen tambahan atau solder, banyak eksperimen seperti ini akan bermunculan.
• Ini benar-benar kartu nama yang sangat keren, tapi saya rasa harganya agak mahal untuk dibagikan. Pernah bertemu orang yang membuat kartu nama berbasis hardware; ingatannya agak samar, tetapi tidak serumit ini. Kartu orang itu sudah banyak tergores, dan ada kejadian dia meminta supaya dikembalikan setelah saya terima, sehingga terasa aneh.
  • Saya tidak akan memberikannya ke siapa pun sembarangan, tetapi orang yang menerimanya sepertinya akan mengingatnya seumur hidup. Akan disimpan di laci meja lalu terus dilihat-lihat, sehingga lama-kelamaan Anda malah menghafal email atau LinkedIn orang tersebut.
  • Kartu nama hardware semacam ini umumnya dipakai sebagai proyek portofolio. Memancing lalu lintas ke situs web, dan kalau Anda freelancer atau sedang mencari pekerjaan, biasanya diproduksi dalam jumlah kecil untuk dibagi secara khusus ketika ada calon klien atau kesempatan kerja.
  • Kalau diminta untuk mengembalikannya, itu bukan lagi kartu nama, melainkan mainan biasa.
  • Untuk beberapa orang, mungkin juga tidak perlu sampai memberi kartu nama ini. Kalau sedang mencari kerja, cukup menautkan proyek ini di postingan blog atau CV/website Anda saja sudah bisa sangat mengesankan.
  • Saya sempat berharap ada mode tampilkan QR code atau tombol.
• Kalau penasaran bentuk desain PCB atau skemanya, Anda bisa lihat langsung lewat penampil online. Saya punya pertanyaan untuk pembuat kartu ini (phirks?): apakah pernah mempertimbangkan untuk menampilkan kontrol interaksi yang lebih banyak dan menampilkan teks via matriks LED, atau informasi lain. Dengan tombol sentuh, kontrol bisa ditambahkan hampir tanpa biaya tambah di BOM (daftar komponen). Tapi versi saat ini sudah sangat keren.
  • Saya pernah berpikir untuk menambahkan game seperti Tetris memakai akselerometer. Setelah selesai mencari pekerjaan, saya berencana mencoba itu dulu. Kode untuk menampilkan angka sebenarnya sudah semua jadi, tetapi belum dipakai. Teks rasanya kurang berfungsi: untuk keterbacaan butuh ruang lebih besar dari yang dibayangkan, dan jika jarak antar LED selebar sekarang, font piksel kecil terlihat buruk. Teks bergulir sepertinya tidak jelek, hanya saja saya belum sempat menyelesaikannya. Saya sempat mencoba menampilkan QR code tapi pemindaiannya tidak berhasil. Karena prinsipnya tidak memakai tombol, kalau klik dan klik ganda dari akselerometer bisa digunakan, saya akan mempertimbangkannya lebih lanjut. Jika ada yang ingin fork, kontribusi, atau buka issue, saya senang dan akan berusaha menjaga perawatan proyek ini.
• Di Tiongkok sudah ada produk seperti “digital hourglass” yang dijual cukup lama dengan pendekatan seperti ini. Untuk Acorn Archimedes, ada game penuh bernama Cataclysm yang dibuat dengan konsep ini, bisa dilihat di video YouTube. Bahkan juga di-remake ke Xbox 360; saya ingat saat itu tampilannya sangat memukau untuk perangkat sekelas itu.
  • Ini game simulasi fluida yang benar-benar keren dan bernuansa retro. Oxygen Not Included mensimulasikan berbagai fluida dan gas, lengkap dengan mode sandbox dan alat debug. Saya sangat suka melihat interaksi antarmaterialnya divisualisasikan seperti gambar. Ada video gameplay.
  • Saya penasaran apakah ada juga yang seperti Digital Disco Ball.
• Kalau proyek seperti ini Anda sukai, saya sangat merekomendasikan fluid simulation pendant milik mitxela. Semua karyanya selalu menakjubkan, menghibur sekaligus informatif. Semua dibagikan dengan ikhlas, kualitas videonya dan tulisannya juga tinggi, suaranya enak didengar, sampai-sampai membuat saya terkagum-kagum. Saya berharap lebih banyak orang seperti ini. Sangat saya sarankan untuk menonton videonya dan membacanya.
  • Desain lingkaran memang lebih cocok untuk simulasi fluida.
  • Saya sangat menyukai desainnya. Namun harganya £1200 agak berat.
• Desainnya sangat artistik. Secara pribadi, saya melihat bagian tumpang tindih pada lapisan silk; akan lebih bagus kalau dirapikan, atau hapus semua designator (nama label komponen). Untuk font teks belakang, saya ingin mencoba nuansa yang lebih playful, tergantung selera masing-masing. Secara keseluruhan ini proyek yang sangat rapi. Belakangan saya banyak mengerjakan LED RP2350, jadi penasaran apakah saya bisa jalankan kode ini juga di pendant yang lagi saya desain.
• Sedikit keluar dari topik, tapi penasaran dari mana sebaiknya mulai belajar coding simulasi fisika. Beberapa tahun lalu saya melihat proyek taichi_mpm; meskipun cuma 88 baris di C++, saya merasa terlalu sulit. Di bidang compiler atau database saya sempat ada pengalaman implementasi sederhana, tapi untuk simulasi fisika, saya merasa benar-benar nol.
  • Menurut saya paling baik mulai dari "numerical methods" dan "computational physics". Simulasi fisika ruang lingkupnya sangat luas; metode simulasi fluida sangat berbeda dengan perhitungan orbit planet. Dasarnya tetap sama: mengintegrasikan secara numerik variabel-variabel melalui persamaan diferensial dan aljabar linear. Yang paling dasar ada metode Euler untuk memperbarui percepatan, kecepatan, dan posisi tiap langkah; akurasinya besar sehingga biasanya dipakai metode canggih seperti Runge Kutta. Kalau sistem fisik punya sifat yang harus dipertahankan (misalnya konservasi energi), ada metode numerik yang menjamin sifat itu. Pilihan apakah simulasi partikel atau simulasi grid juga sangat berbeda, jadi pertanyaan ini berkaitan dengan inti fisika itu sendiri. Ditutup dengan kalimat klasik bahwa pada dasarnya semua hal adalah fisika.
  • Simulasi rigid body jauh lebih sederhana. Catatan kuliah simulasi rigid body SIGGRAPH 2001 cukup sulit, tetapi Anda bisa menelaah pemahaman matematis dari awal hingga akhir.
  • Tutorial di platform game berperforma dibatasi seperti pico-8 sangat membantu. Misalnya simulasi fisika sederhana seperti Mario yang memperbarui posisi x/y dan dx/dy (kecepatan) tiap frame. Kalau pemain menekan tombol lompat, set state 'jump' menjadi dy=1 dan kalikan dy dengan 0.9 tiap frame. Kalau dy tidak lebih dari 0, pindah ke state 'falling', lalu kalikan dy dengan 1.1 sampai mendekati terminal velocity. Dengan dasar ini saja sudah bisa bikin efek fisika sederhana sejenis "falling sand".
  • Simulasi fisika kebanyakan berbasis partikel atau integrasi persamaan diferensial. Faktanya kedua pendekatan itu bertemu di diskrétisasi dan komputasi numerik. Buku "Numerical Recipes" adalah semacam Alkitab bagi siapa pun fisikawan, dan "Computer Simulation of Liquids" (Allen) juga lumayan sebagai buku pemula. Yang saya maksud di sini adalah bidang yang mengejar ketepatan fisika nyata, sementara untuk desain game bisa memakai heuristik yang hanya butuh terlihat mirip fisika nyata.
  • Untuk statistik mekanika, saya merekomendasikan kuliah Coursera tentang statistical mechanics. Ada banyak contoh Python. Video tenMinutePhysics juga bagus untuk pemula.
• Contoh paling mutakhir pada masa 2009 bisa dilihat di sini
• Saya ingin tahu lebih detail soal proses pembuatannya; untuk perakitan SMT saya menduga ini tidak dikerjakan dengan vendor pihak ketiga.
  • Pembuatan produk elektronik sekarang justru lebih murah dan mudah dari yang dibayangkan. Desain sirkuit dan layout pakai KiCAD sebagai alat open-source, lalu kemungkinan besar memesan PCB ke pabrikan luar negeri—tingkat kompleksitas ini relatif mudah. Beberapa ratus dolar sudah bisa jadi termasuk pengiriman dalam waktu kurang dari satu bulan. Untuk merakit SMD manual, biasanya diolesi solder paste, lalu komponen diletakkan, kemudian semuanya dipanaskan untuk menyolder; dengan LED sebanyak ini, perakitan manual sangat merepotkan.
  • Saya memang pernah bekerja sama dengan vendor perakitan (ada file centroid yang memberi posisi komponen), tapi secara teknik perakitan seperti ini sebenarnya bisa dikerjakan manual. Bahkan terkadang metode ini terasa lebih mudah dari through-hole, karena tidak perlu sering membalik papan. Tapi 99,9% kemungkinan diproduksi pada level JLC atau PCBWay.
  • Papan seperti ini bisa diproduksi dalam jumlah kecil di JLCPCB dengan harga hanya beberapa dolar. Namun LED pada produk ini tampak berkualitas, dan beberapa komponennya mungkin mahal.
  • Saya penasaran bagaimana LED disusun sedetail itu. Apakah diposisikan pakai grid guide dari bahan seperti silikon, atau mesin pick-and-place robot yang menempatkan semuanya secara presisi otomatis.