Marsローバーをベランダで自作する方法と、オープンハードウェアの設計図が見つかる場所

ソフトウェアの世界では、いくつかのオープンソースライブラリで практически любую задачу можно решить. データベースが必要ならPostgreSQLを使う。Webサーバーが欲しいならNginxをインストールする。しかし、プログラムーが自分の手で何か物理的なものを作ろうとした瞬間、壁にぶつかる。プロプライエタリな回路図、クローズドのファームウェア、そして法外な価格の実験器具がそれを阻む。

長い間、オープンソースはソフトウェアの分野だけで、ArduinoでLEDを点滅させる程度のことしかできないと思っていました。しかし、それは全くの誤りです。デルフト工科大学の愛好家がawesome-open-hardwareリポジトリを作成し、アマチュアエンジニアリングの常識を覆しています。このリポジトリには、工作機械や科学機器、コントローラー、さらには6輪のMarsローバーの設計図が含まれています。

カタログの中身

リポジトリの作成者たちは、ただ単にすべてを一つの山に放り込んだわけではありません。重い機械工学や民生用電子機器、学術論文や学会発表資料まで、明確なカテゴリに分類しています。

特に注目すべき4つの領域があります：

1. 工作機械とロボティクス

自動化セクションで最初に見られるのは、プロジェクトの規模です。これらはダンボールで接着して作るモデルではありません：

• JPL Open Source Rover。NASA JPLエンジニアによる本物のMarsローバー縮小版です。リポジトリにはロッカーボギーサスペンションの完全な設計図、調達可能な部品リスト、制御ソフトウェアが含まれています。
• VORON Design。CoreXY運動学を採用した高速3Dプリンターシリーズです。回路図、部品印刷用のSTLファイル、ファームウェア設定が完全に無料です。
• Opulo。自動SMD部品実装機です。家で何十枚もの基板のはんだ付けを計画しているなら、必須のツールです。
• FarmBot。庭で野菜を自動栽培するためのロボットファームです。水やり、土壌水分モニタリング、雑草除去を自動で行います。

2. 民生機器と周辺機器

工作機械にはガレージが必要ですが、これらのプロジェクトはデスクの上に収まります：

• PiKVM。標準的なRaspberry Piボードをフル機能のハードウェアKVM-over-IPに変えるプロジェクトです。HDMIとUSBでサーバーに接続すると、ブラウザからBIOS設定やOSの再インストールをリモートで行えます。
• SlimeVR。VRでの全身モーショントラッキング用のトラッカーセットです。外部ベースステーション不要で、ジャイロスコープとESPマイコンを使用します。基板の回路図とファームウェアはオープンなので、商用替代品の3分の1の価格でセンサーを自作できます。
• Mutable Instruments。伝説的なEurorackフォーマットシンセサイザーモジュールです。回路図とシグナルプロセッサのコードをパブリックドメインで公開しています。

3. 科学機器

通常、実験器具は数千ドルもするため、小さな研究チームは必要なツールを確保できないことが多いです。リポジトリにはそのような替代案が集められています：

• OpenFlexure。機械部品がすべて3Dプリント可能な高精度光学顕微鏡です。メカニズムにより、1ミクロン未満のステップでステージをスムーズに動かせます。
• OpenBCI。ブレインコンピュータインターフェースです。脳波計と筋電位を読み取り、PCに送信してPythonやC++で処理できます。
• Open Gamma Detector。放射線モニタリング用の手頃な価格のガンマ線スペクトロメータです。

4. 理論、標準、認証

法的・工学的な詳細に踏み込みたい人のために、リポジトリにはセクションがあります。例えば、OSHWA（Open Source Hardware Association）の認証へのリンクが含まれています。この組織は、物理的なデバイスを適切にライセンス化し、他の人が合法的に改変・製造できるようにサポートします。

そこでは愛好家の書籍へのリンクも見つかります。基板製造について学び始めたばかりなら、Andrew "bunnie" Huangの『The Hardware Hacker』を強くおすすめします。著者は中国の工場との仕事の詳細を解説し、ブレッドボードのプロトタイプが大量生産品になる過程を示しています。

このリストがプログラマーにとって有什么用

Web開発者やシステムエンジニアは、マイクロコントローラーに手を伸ばしたいけれど、はんだ付けや筐体設計の始め方が分からないことが多いです。他の人たちのオープンプロジェクトを学ぶことで、素晴らしい出発点が得られます：

1. готовые KiCad回路図。車輪の再開発をする代わりに、PiKVMやfreeDSPモジュールなどのボードのソースファイルをダウンロードし、免费のKiCadで開いて、経験豊富なエンジニアがどのように配線を引いているか確認できます。
2. 実際のコード例。これらのプロジェクトのリポジトリには、I2C、SPI、UARTでハードウェアを操作する高品質なC/C++、Rust、Pythonのコードが豊富にあります。
3. コスト削減。家の顕微鏡やホームサーバーをリモート管理するツールが必要な場合、オープンソースの替代品を作ることは、商用機器を購入するよりもはるかに安価です。

どこから始めるか

リポジトリは定期的に更新されており、オランダの研究者たちのコミュニティによって支えられています。

はんだごてを一度も使ったことがないなら、民生機器セクションから始めましょう。機構が最も少ないRaspberry PiやESP32ベースのシンプルなプロジェクトを作ってみましょう。3Dプリンター доступенなら、OpenFlexureを見てみましょう。光学顕微鏡を印刷して組み立てるのは数晩で済み、画像清晰度にきっと驚くでしょう。

awesome-open-hardwareカタログは、ぜひブックマークしておきましょう。純粋なソフトウェアから離れて、何か形あるものを作りたいときの優れたチートシートになります。