अगर आप open source का इस्तेमाल कर सकते हैं, तो hardware भी बना सकते हैं
(redeem-tomorrow.com)- भौतिक सीमाओं की वजह से hardware अब भी कठिन है, लेकिन open source code का उपयोग करने की क्षमता और component ecosystem की बदौलत software developer के लिए भी व्यावहारिक डिवाइस खुद बनाना काफी आसान हो गया है
- Arduino के बाद microcontroller board बहुत अधिक विविध हो गए, और ESP32 व Pico W जैसे board WiFi·Bluetooth तक शामिल करते हैं, जिससे सस्ते components पर custom logic को बार-बार लागू किया जा सकता है
- I2C और StemmaQT/Qwiic आधारित components sensor और input device को soldering के बिना जोड़ने देते हैं, जिससे circuit design से ज़्यादा libraries और example code के संयोजन पर ध्यान दिया जा सकता है
- 3D printer और CAD tools का उपयोग करके circuit को रखने के लिए custom enclosure भी खुद बनाया जा सकता है, और कम material cost व तेज़ printing की मदद से layout और heat-related समस्याओं को बार-बार सुधारना संभव है
- open source जैसी composability, documentation और community support अब hardware निर्माण में भी आ गई है, जिससे व्यक्ति अपनी समस्या हल करने वाले physical product बना सकता है
hardware बनाना अब भी कठिन है, लेकिन आसान क्यों हुआ है
- hardware में छूने योग्य physical result बनता है, इसलिए उसमें वह ताकत है जो सिर्फ software से पाना मुश्किल है, लेकिन उसी अनुपात में जटिलता भी अधिक है
- circuit को debug करना code से ज़्यादा कठिन हो सकता है, और logic व voltage सही होने पर भी wiring, space layout, heat dissipation जैसी भौतिक सीमाओं को साथ में संभालना पड़ता है
- hardware product development, सामान्य product development की कठिनाइयों के ऊपर physical world की सीमाएँ जुड़ जाने जैसा है
- ThermTerm project मौजूदा heat pump remote के पढ़ने में कठिन UI और असुविधाजनक programming अनुभव को बदलने, और heat pump को home automation system में integrate करने के लिए बनाया गया था
- तैयार डिवाइस घर के अंदर 5 जगह install किए गए
- developer electronics engineer नहीं था, फिर भी open source code और component ecosystem का उपयोग करके डिवाइस पूरा किया
- open source code का उपयोग करने का मतलब सिर्फ code लेना नहीं, बल्कि repository खोजना, दूसरे का code समझना, समस्या हल करना, community से मदद ढूँढना, और अच्छे व खराब project में फर्क करना भी है
- यह अनुभव bits की दुनिया से आगे बढ़कर electrons और atoms की दुनिया तक फैल सकता है
microcontroller और software ecosystem
- Arduino एक turning point था, जिसने beginner को simple C code लिखकर कुछ ही मिनटों में physical computing experience पाने लायक developer experience दिया
- उसके बाद microcontroller board ecosystem काफी फैल गया
- board sandwich के आकार से लेकर postage stamp के आकार तक, कई scale और configuration में उपलब्ध हैं
- microcontroller सस्ते components पर custom logic को लगातार दोहराने की बुनियाद बन गए
- हर board के connector, accessories और chip architecture अलग होते हैं
- ESP32 आधारित board या Pico W में WiFi और Bluetooth functions भी शामिल हैं
- अलग-अलग boards को एक साथ जोड़ने वाली धुरी है software ecosystem
- networking, button handling जैसी कई समस्याएँ हल करने वाला open source Arduino code पहले से मौजूद है
- board architecture अलग होने पर भी आमतौर पर Arduino environment port उपलब्ध होता है, इसलिए मौजूदा code को project में इस्तेमाल किया जा सकता है
- अगर C/C++ की जगह Python पसंद हो, तो MicroPython और CircuitPython विकल्प के तौर पर इस्तेमाल किए जा सकते हैं
I2C और StemmaQT/Qwiic ने electronic projects को modular बनाया
- I2C 1982 में आया 2-wire serial data standard है, जिसमें power और ground की 2 अतिरिक्त तारों के साथ एक ही bus पर कई devices जोड़े जा सकते हैं
- hobby hardware maker के लिए सबसे कठिन हिस्सा आमतौर पर circuit design होता है
- electronics ऐसा क्षेत्र है जहाँ physical laws और दशकों का component knowledge एक-दूसरे से जुड़ा है
- voltage regulation, resistance management, और physically मजबूत व maintainable configuration तक सब कुछ सोचना पड़ता है
- जैसे modern software development में database, UI framework और HTTP library को मिलाकर काम किया जाता है, वैसे ही hardware में भी ऐसा composable approach संभव हो गया है
- Adafruit का StemmaQT और Sparkfun का Qwiic I2C आधारित cable standard हैं, जो कई boards को soldering के बिना जल्दी जोड़ने देते हैं
- heat pump controller में नीचे दिए गए components I2C से जुड़े थे
- ESP32-based built-in display microcontroller
- light sensor: तेज़ रोशनी में अपने-आप dim करने के लिए
- temperature and humidity sensor: कमरे के वास्तविक तापमान का data पाने के लिए
- rotary encoder board: temperature setting और power toggle के लिए dial बनाने हेतु
- हर board अच्छी library की तरह internal implementation details छिपा देता है
- power management या rotary encoder signal interpretation जैसी details को सीधे संभालना नहीं पड़ता
- wiring के बाद हर component का example code ढूँढकर उसे project के अनुसार बदलना होता है
- component vendors support libraries और documentation को सक्रिय रूप से maintain करते हैं, और Adafruit इस composable approach को support करने वाले उपयोगी और अनोखे boards सैकड़ों की संख्या में देता है
circuit को एक physical object के रूप में पूरा करना
- काम करने वाला circuit बनने के बाद उसका custom enclosure भी खुद design और build किया जा सकता है
- लगभग $500 में Prusa का 3D printer खरीदा जा सकता है
- Prusa printer box से निकालते ही अच्छी तरह काम करता है
- यह Prusa के cross-platform slicer software के साथ अच्छी तरह integrated है
- user community बहुत सक्रिय है, इसलिए मदद पाना आसान है
- इस price range में print volume बहुत बड़ा नहीं होता, लेकिन electronic projects के लिए काफी है
- open hardware sellers अक्सर अपने products के 3D models उपलब्ध कराते हैं, जिससे CAD program में सटीक case design करना संभव होता है
- 3D printing में iteration cost कम और speed तेज़ होती है
- नई design आज़माने में कुछ cents का material और थोड़ा print time लगता है
- heat pump controller में microcontroller की waste heat temperature sensor की reading को bias कर रही थी, और दोनों sensors को enclosure के ऊपरी हिस्से में ले जाने वाली iterative design से यह समस्या हल हुई
- 3D printing की अपनी learning curve है
- heat और gravity जैसी सीमाओं को ध्यान में रखना पड़ता है
- layers के जमने का तरीका print की strength और durability को प्रभावित करता है, और print orientation भी नतीजे बदल सकता है
- material selection भी महत्वपूर्ण है
- PETG को संभालना आसान है और इसकी durability अच्छी है, इसलिए यह ऐसे काम के लिए उपयुक्त रहा
- PLA ज़्यादा आम है, लेकिन यह बहुत आसानी से टूट गया
CAD और community ने entry barrier कम किया
- CAD skills की ज़रूरत होती है, लेकिन यह अनुमान से कम painful और ज़्यादा मज़ेदार हो सकता है
- CAD का काम साधारण 2D shapes को sketch करना, उन्हें 3D objects में push-pull करना, और छोटे details को काट-छाँटकर बनाना जैसा है
- कई सस्ते desktop CAD software इतने असुविधाजनक रहे कि वे पुराने Flash app को IE6 में चलाने जैसे लगते थे, लेकिन iPad के लिए Shapr3D Apple Pencil के साथ intuitive modeling संभव बनाता है
- 3D printing जैसी नई technology सीखते समय community बहुत बड़ी भूमिका निभाती है
- hobby users 3D printing में गहराई से शामिल हैं
- model planning से लेकर printing के दौरान heat-related issue debug करने तक मदद मिल सकती है
- आज के hardware making environment में open source की labor-saving, composability और मज़ा शामिल हो चुका है
- व्यक्ति भी अपनी ज़रूरत के डिवाइस खुद बना सकता है, और heat pump controller की तरह घर के सबसे बड़े energy-consuming device को automate और remote control करने जैसा परिणाम भी हासिल कर सकता है
1 टिप्पणियां
Hacker News की राय
मैं इसे थोड़ा और सटीक, यानी “अगर आप open source इस्तेमाल कर सकते हैं, तो hardware prototype भी बना सकते हैं” कहना चाहूंगा
hardware बनाना मतलब उसे इतना मजबूत बनाना भी है कि वह लंबे समय तक असली दुनिया में टिक सके। humidity sensor पर आसपास के माहौल का क्या असर पड़ेगा, इसे packaging bag तक ध्यान में रखकर सोचना पड़ता है, और मैं सच में वहीं चोट खा चुका हूं। drift ज्यादा होने लगे तो recalibration की योजना भी होनी चाहिए। wiring harness के connectors को product की उम्र भर में अनुमानित connect/disconnect cycles झेलने चाहिए, और battery replacement वगैरह के लिए enclosure खोलते समय harness खराब न हो, इसके लिए harness की लंबाई भी सही रखनी पड़ती है
आसपास का environment बाकी design पर क्या असर डालेगा, यह भी सोचना चाहिए। उदाहरण के लिए, high-humidity environment में harness और connector दोनों तरफ gold-plated contacts न इस्तेमाल करने से बचना चाहिए, वरना समय-समय पर contacts साफ करने की नौबत आ सकती है
बेशक, इनमें से ज्यादातर चीजें मैंने self-study से सीखी हैं और hobby developer भी वहां तक जरूर पहुंच सकता है। लेकिन एक smart relay controller को दूसरे से बदल देने और ऐसा smart relay controller बनाने में बहुत फर्क है जिसे Christmas gift के तौर पर अपनी sister-in-law को देने लायक माना जा सके
prototype stage तक पहुंचने के बाद भी open source hardware अक्सर सिर्फ उसे बनाने वाले एक व्यक्ति के लिए ही उपयोगी रहने की संभावना रखता है
prototype बनाने और build process को इतना detail में document करने में बहुत फर्क है कि दूसरा hobby developer उसे copy, modify और use कर सके। hardware documentation, software documentation से कहीं ज्यादा कठिन है, और अगर project शानदार है तो ऐसे लोग भी कूद पड़ेंगे जिन्हें soldering या laser-cut parts order करने का बिल्कुल अनुभव नहीं है; उन्हें support करना मुश्किल होता है
वहां से एक कदम और आगे बढ़कर, Tindie पर बस कुछ units बेचने जितना भी करें, तो यह दूसरे hobby developers को अपना design बेचने जैसा हो जाता है; और आम public को बेचने के लिए FCC interference certification चाहिए होने लगता है, और अगर design flaw से कुछ घर जल गए तो कंपनी के जिम्मेदार होने का स्तर आ जाता है। hardware companies professional standards मानने वाले असली engineers को hire करती हैं, इसकी वजह होती है। software की तरह per-unit marginal cost 1 cent से कम न होने की स्थिति में cash flow और business issues भी साथ आते हैं
इनमें से हर stage पर अक्सर hardware को कई बार iterate करना पड़ता है, और उतना ही lead time और cost लगती है
खराब हो जाए तो आप नया product खरीद भी नहीं सकते और reasonable price पर repair person बुलाना भी मुश्किल है। अगर software जुड़ा है, तो maintenance की जरूरत पड़ने की संभावना भी बड़ी है। अगर आपको एक चाहिए था, तो project expand करने के लिए एक और की जरूरत पड़ने की संभावना भी बड़ी है
भरोसेमंद hardware device design किया जा सकता है, लेकिन budget बड़ा न हो तो उसे baseball bat से मार खाने या connector पर epoxy गिर जाने जैसी स्थितियां झेलने लायक नहीं बनाया जा सकता। इसलिए जब कोई सच में कुछ बनाने को कहता है, तो मैं जहां तक संभव हो off-the-shelf parts से ही हल निकालने की कोशिश करता हूं
electronics projects सचमुच मजेदार होते हैं, लेकिन आखिर में एक पूरी तरह unique और replace न हो सकने वाली चीज बचती है—यही बात मजा कम कर देती है। अगर उसे critical use में लगाएं तो वह liability factor बन जाती है, और आम तौर पर एक ही use से बंधी रहती है; जरूरत खत्म होते ही general-purpose off-the-shelf product के उलट कचरा बन जाती है
ESPHome और Amazon modules, 3D printing कई मामलों में काफी अच्छा balance देते हैं। आपको reconfiguration की क्षमता, machine-soldering level की reliability और पहले से बना software stack मिलता है, फिर भी नई चीजें बनाने की पर्याप्त flexibility रहती है
hardware design असली दुनिया को नुकसान पहुंचने से पहले आखिरी defense line है
fuses, electrostatic discharge और surge protection, watchdog timer जैसे तत्व hobby projects या open source designs में भी अक्सर छूट जाते हैं। ये कब जरूरी हैं, यह जानने के लिए कभी-कभी मुश्किल से हासिल किया हुआ experience चाहिए होता है
design में मदद करने से बचना चाहता था, लेकिन वह लगातार दबाव डालता रहा, तो मैंने TO-3 package वाले कुछ 7812s को parallel में जोड़ने का सुझाव दिया। bench test में वह काम कर गया और वह चला गया
कुछ साल बाद सीखा कि ऐसा नहीं करना चाहिए। क्योंकि एक regulator load उठा सकता है और overload हो सकता है। इसके बजाय pass transistor या किसी दूसरे mechanism से single regulator को काम कराना चाहिए। आज भी सोचता हूं कि कहीं उस व्यक्ति का plane आग की लपटों में गिर तो नहीं गया होगा
मैंने छोटे packaged MCU development board की capabilities से आगे की चीज बनाने की कोशिश में देखा, लेकिन बात दिमाग में ठीक से नहीं बैठी। ऐसे बहुत से elements थे जिनमें मैं कमजोर था
यहां comments में gatekeeping और cynicism बहुत है। जब भी कोई मुश्किल चीज आसान होती है, सबसे ज्यादा मेहनत झेल चुके purists निकल आते हैं और बताते हैं कि जो काम तुम आसानी से कर रहे हो, वह उतना अच्छा नहीं है जितना वही मुश्किल काम जिसे वे बहुत छोटी उम्र से करते आए हैं
composition-based तरीका prototypes और small-scale production के लिए शानदार है। आपकी skill बढ़ेगी और आप BOM optimization और Design for Manufacturability (DFM) सीखेंगे, तो MCU board को अपने design किए हुए board से बदलना शुरू करेंगे। आप यह भी देखेंगे कि 10 dollar का I2C rotary encoder, resistors, capacitors, Schottky diode और hex inverter मिलाकर 1 dollar के parts से replace किया जा सकता है
JLBPCB या PCBWay जैसी companies 3D printing और CNC services देती हैं, इसलिए शुरू करने के लिए 3D printer खरीदना भी जरूरी नहीं
ऊपर से https://wokwi.com/ हो तो prototype parts की भी जरूरत न पड़े
hardware engineers के लिए software market, pure software या DevOps, infrastructure की तरफ जितना creative या ambitious है, वैसा महसूस नहीं होता
बड़ा opportunity है
दिलचस्प है, और मैं भी लेखक जैसी ही स्थिति में हूँ। हाल ही में embedded devices के साथ ज़्यादा काम शुरू किया है और कुएँ के जल-स्तर का सेंसर बना रहा हूँ
शुरुआत में NRF-based board इस्तेमाल करने की सोची थी, लेकिन SDK ecosystem में अटक गया। ऐसा लगा कि यह अनुभवी कंपनी embedded engineers को ध्यान में रखकर बनाया गया है। इसलिए मैं कहीं ज़्यादा सरल ESP32-C3/S3 board पर लौट आया, जो बढ़िया है, व्यापक रूप से supported है, setup आसान है और काफ़ी stable है। Distance sensor HC-SR04 से जोड़कर distance calculation काम करने लगा। Battery से चलाना हो तो sensor को 5V चाहिए, इसलिए voltage converter भी जोड़ना पड़ा; थोड़ा पढ़ने और असफल होने के बाद यह काफ़ी आसान निकला
उसके बाद board और cables का पूरा जंजाल बन जाता है, और board पर soldering करनी पड़ती है, जिसके लिए tools और थोड़े trial-and-error की ज़रूरत होती है। अब enclosure नहीं है, तो कुछ off-the-shelf junction boxes आज़माए, लेकिन वे perfect नहीं थे, और अंत में मैंने खुद 3D printer खरीदने का फैसला किया। भविष्य आ गया है—खुद print करना और modeling सीखना
3D printer बाकी सब चीज़ों की तुलना में बल्कि काफ़ी आसान निकला। Printer मिलने के एक घंटे से भी कम समय में मैंने पहला model print कर लिया, और programmatic OpenSCAD या अब मेरी पसंद CadQuery modeling भी कुछ घंटे छेड़छाड़ करने पर सीखना आसान था। Printer लिए ठीक एक हफ़्ता हुआ है, लगभग 12 successful prints बना चुका हूँ, और कुछ usable और functional parts भी design किए हैं
3D printer से डरने की ज़रूरत नहीं है। अच्छा printer 500 डॉलर से काफ़ी कम में भी खरीदा जा सकता है। मैंने हल्का इस्तेमाल हुआ second-hand Sovol SV06 150 यूरो में लिया, नया 220 यूरो का है, और यह बहुत अच्छे से काम करता है
अपने मकसद के लिए कोई मौजूदा well water-level sensor नहीं मिला, इसलिए खुद बना रहा हूँ। Final BOM कीमत शायद करीब 20 यूरो होगी। सीखने और tinkering में सैकड़ों घंटे लगे हैं, और इसके लिए खरीदी गई चीज़ों—printer, connector crimper, cables, MCU, soldering boards, sensors, battery holders, electronic components, filament, soldering iron वगैरह—की लागत अब करीब 500 यूरो हो गई है। फिर भी सब कुछ worthwhile रहा
3D printing की learning curve होती है, और यहाँ यह शायद सबसे steep हिस्सा हो सकता है
CAD मुझे पसंद है, लेकिन 3D printing से सच में चिढ़ है। यह ऐसी machine लगती है जिसे Murphy’s law—“जो गलत हो सकता है, वह गलत होगा”—समझाने के लिए बनाया गया हो
Print nozzle हर बार clog हो जाता है। Filament सबसे खराब जगह पर टूटता है और निकालने के लिए कुछ disassembly चाहिए होती है। लंबी print के बीच में बिना वजह रुक जाता है। Bed कभी भी बिल्कुल flat नहीं होता। अगर filament spool को पर्याप्त freely घूमने न दें, तो machine filament खींचते हुए spool गिरा देती है और वह spool बदला लेते हुए पूरी machine को नीचे खींच लेता है
और हाँ, इसमें घंटों लगते हैं
मुझे उन external vendors के साथ कहीं ज़्यादा luck मिला जिन्हें file भेजो और वे object भेज देते हैं। महँगा होता है और अक्सर घर पर करने से ज़्यादा समय लगता है, लेकिन mental peace की कीमत नहीं लगाई जा सकती
उदाहरण के लिए, कुछ समस्याओं का industrial solution हर job के लिए checklist के आधार पर printer inspect करना होगा, लेकिन घर पर यह बेहद boring काम बन जाता है
Reality से सीधे जुड़ा software भी ऐसी समस्याओं से गुजरता है
Metallurgy में casting बहुत पुरानी तकनीक है। मैं यह नहीं कहूँगा कि यह सबसे सरल है, लेकिन pre-industrial लोग भी इसे समझ सके, यह इसकी complexity के बारे में कुछ बताता है
Lathe work cylinder या polyhedron से शुरू होता है
लेकिन हम सिर्फ polyhedron से shape काटकर निकालने या शून्य से ऊपर की ओर build करने का तरीका इस्तेमाल करते हैं। Complex, concave या knotted objects के लिए low-resolution additive printing और high-resolution subtractive machining को combine करना ज़्यादा plausible लगता है
CNC machine को शायद एक और degree of freedom चाहिए। पूरी तरह ‘grabbing tail’ न सही, लेकिन cutting head को करीब 45 degrees तक tilt कर सकें, तो additive manufacturing और subtractive manufacturing से बन सकने वाली shapes के बीच का gap काफी कम हो जाएगा
सिर्फ software background वाले व्यक्ति के रूप में, यह लेख मुझे भविष्य में hardware projects आज़माने के लिए काफ़ी हौसला देता है
सच कहूँ तो बड़ी समस्या शायद यह है कि मेरे पास self-made hardware project से solve करने के लिए कोई खास use case नहीं है। जीवन या घर में मुझे ऐसी कोई कमी महसूस नहीं होती जिसे hardware project से ठीक करना पड़े
साथ ही मैं आमतौर पर अपनी पहुँच में सबसे अच्छा solution चाहता हूँ। अब तक commercial products काफ़ी satisfactory रहे हैं। अगर पैसे देकर problem solve करने वाला product खरीदा जा सकता है, तो खुद बनाकर सिर खपाने के बजाय मैं खुशी से वही करूँगा। क्योंकि मैं अपने time को सबसे ज़्यादा valuable मानता हूँ
आखिर hardware में पैर डालने के लिए शायद कोई ऐसा काफी annoying problem चाहिए जिसे market के ready-made products solve न करते हों—यानी ready-made चीज़ें खराब हों या मौजूद ही न हों
यह आज के internet के typical content जैसा लगता है। Search engine के लिए मिल जाने लायक buzzwords काफी हैं, लेकिन सच में useful होने के लिए बहुत abstract है
“Prusa को हराया नहीं जा सकता। Printer box से निकालते ही perfectly काम करता है” वाली बात की कीमत यह है कि वह पुराना और slow है
Prusa ने effectively market दूसरे players को सौंप दिया है, उसके बाद सिर्फ तारीफ़ करना मुश्किल है
200 डॉलर में MK3/MK3S का ज़्यादा smart iteration Sovol SV06 खरीदा जा सकता है, और hardware व software दोनों open source हैं। 500 डॉलर में कहीं तेज़ और slicer तक बेहतर vertically integrated Bambu P1P खरीदा जा सकता है। वहाँ से 100 डॉलर और दें तो P1S मिल सकता है, जो P1P जैसे ही functions देता है और high-temperature printing के लिए ready भी है
मुझे लगता है मैं नहीं कर पाऊंगा
सेना में मैंने microwave communication equipment की मरम्मत की थी। training course में सबसे तकलीफदेह हिस्सा basic soldering था। मैं soldering बिल्कुल नहीं कर पाता था, और मेरी उंगलियों की फुर्ती ईंट जैसी थी
कुछ साल पहले मैंने एक comprehensive career aptitude assessment दिया था, जिसमें finger dexterity test भी शामिल था। test देने के बाद मुझे लगा कि मैंने काफी अच्छा किया है, लेकिन नतीजा सुनने को मिला कि मैं bottom 5% में हूं। अगर मैं surgeon बना होता, तो medical malpractice insurance premium मेरी salary से भी ज्यादा महंगा होता
वह hardware बनाना नहीं है, बल्कि मौजूदा hardware components को जोड़ना और उनसे interface करना है
ज्यादातर use cases में hardware components को खुद design करने के बजाय यह तरीका ज्यादा समझदारी भरा हो सकता है
लेकिन यह circuit design जैसी चीज़ के बराबर नहीं है, और इस लिहाज से title थोड़ा misleading है
अगर मैं लकड़ी को CNC machine में डालकर process करूं, तब भी मैं मानता हूं कि मैंने कुछ बनाया है। भले ही मैंने वह पेड़ न उगाया हो, न काटा हो, न सुखाया हो, और न ही CNC में डालने के लिए उसे सही size में काटा हो
अगर hardware project या product को सच में बनाने और market में उतारने में मदद चाहिए, तो कभी भी संपर्क कर सकते हैं। contact details profile में हैं