Una microcomputadora con todas las funciones de apenas un milímetro de grosor
A los vendedores les encanta escribir "del tamaño de una tarjeta de crédito" en cualquier dispositivo cuyas dimensiones de largo y ancho se aproximen vagamente al plástico de tu cartera. Mientras tanto, el grosor del aparato puede alcanzar fácilmente un centímetro. El verdadero estándar ISO 7816 requiere apenas 0,76 mm de grosor. Intenta meter un microcontrolador, una batería, una pantalla e interfaces inalámbricas en ese espacio sin convertir la placa en un cristal frágil.
El desarrollador con el handle krauseler creó el proyecto muxcard. Se trata de una microcomputadora funcional basada en el ESP32-C3 con pantalla E-Paper y NFC que cabe en aproximadamente 1 mm de grosor. Toda la construcción puede entrar fácilmente en una ranura de tarjeta estándar.
Qué hay dentro de la tarjeta
Como base, el autor tomó una carcasa de tarjeta NFC estándar, recortando los puntos de montaje para los componentes en el plástico.
El prototipo alberga cuatro componentes clave:
- Microcontrolador ESP32-C3. El chip con soporte para Wi-Fi y Bluetooth LE tiene una altura nominal de 0,85 mm. En modo sueño con temporizador RTC activo, consume unos 8 μA. El autor también probó el nRF52832 en un encapsulado BGA de 0,4 mm de grosor, que consume incluso menos energía, pero el ESP32 es más fácil de programar mediante Arduino y ESP-IDF.
- Pantalla E-Paper de 1,54 pulgadas. La matriz con resolución de 200×200 píxeles soporta actualización parcial de imagen. Se utiliza una versión flexible de la pantalla, que tolera ligeras deformaciones en una cartera y no se agrieta bajo presión ligera.
- Módulo NFC basado en RC522. A diferencia de las etiquetas pasivas, el chip puede tanto leer como emular tarjetas de los estándares ISO/IEC 14443 Tipo A y MIFARE.
- Acelerómetro LIS2DW12. La altura del encapsulado es de 0,7 mm. El sensor de movimiento funciona continuamente y despierta al microcontrolador del sueño al agitarlo o girarlo.
El dispositivo funciona con una batería LiPo ultrafina de 30 mAh que mide 23×23×1 mm. La carga se realiza a través de contactos magnéticos planos en la parte trasera, aunque el autor está intentando instalar también un puerto USB-C de carcasa.
Litografía en impresora 3D y placas flexibles caseras
Cuando encargas circuitos impresos flexibles (Flex PCB) a fábricas, tienes que esperar semanas, pagar el envío y esperar que no haya pequeños errores en el diseño. El creador de Muxcard tomó el camino difícil del DIY y fabricó la placa en casa.
La base fue cinta Kapton con lamina de cobre adherida y una capa de fotorresistente seco. Las pistas se expusieron usando una impresora 3D SLA fotopolimérica estándar con la utilidad UVTools. Después del ataque químico, las pistas quedaron con una nitidez cercana a la de placas fabricadas en fábrica. La plantilla de pasta de soldadura se assembó a partir de varias capas de película de fotorresistente expuesta.
El cable flexible de la pantalla E-Paper resultó ser un dolor de cabeza aparte. Los conectores estándar no caben físicamente aquí—inmediatamente superan el límite de grosor. La solución fue soldar a mano pistas finas con paso de 0,5 mm usando cables individuales directamente a la placa.
Mecánica y lucha contra la flexión
Una tarjeta en el bolsillo trasero de un pantalón inevitablemente se flexiona. El material de PCB regular o el montaje rígido de componentes hará que las uniones de soldadura se rompan después de unas pocas veces de sentarse.
El autor utilizó el método de islas. Los chips de silicio grandes se colocan en zonas rígidas, y el estrés mecánico los rodea a través de líneas de pista flexibles especialmente calculadas en la placa. Los componentes tienen una pequeña holgura entre las capas protectoras exteriores de la tarjeta, por lo que la carga mecánica no se transfiere directamente a los delicados contactos del chip.
La situación de la batería es más complicada. La batería de 1 mm de grosor actualmente toca las paredes exteriores de la tarjeta. Para protegerla de perforaciones y presión puntual, las revisiones futuras planean cambiar a celdas de 0,5 mm con placas delgadas de acero inoxidable en ambos lados.
¿Para qué sirve esto?
El factor de forma dicta casos de uso interesantes donde los gadgets voluminosos no caben:
- Cartera minimalista para códigos y boletos. Tarjetas de embarque, tarjetas de descuento o boletos de transporte se pueden mostrar en la pantalla E-Paper. La imagen no desaparece cuando se corta la energía, y no necesitas sacar tu teléfono.
- Generador offline de 2FA y bóveda de contraseñas. El dispositivo está aislado de la red, genera códigos TOTP por temporizador y los muestra en pantalla al tocar un botón capacitivo.
- Herramienta de auditoría de seguridad de bolsillo. Como un Flipper Zero, pero en un formato que no llama la atención de los sistemas de seguridad.
- Tarjeta de presentación interactiva. Muestra contactos actuales, cambia códigos QR de enlaces y transfiere el perfil a través de NFC al tocar un smartphone.
¿Vale la pena seguir el proyecto?
Muxcard se encuentra en la etapa de prototipo funcional V0.1. Los esquemas y el trabajo básico de diseño ya se han publicado en el repositorio. El autor está recopilando comentarios de la comunidad, probando durabilidad y preparando un prototipo de fábrica.
Si trabajas en electrónica vestible, microcontroladores ESP32, o simplemente quieres inspiración para el diseño denso de PCB, marca el repositorio. Estudiar cómo alguien intentó meter un sistema completo en el grosor de una tarjeta bancaria realmente amplía tus horizontes en el diseño de circuitos.
Proyectos relacionados