Hoe bouw je een Marsrover op je balkon en waar vind je open hardware-blauwdrukken

In de softwarewereld zijn we gewend om praktisch elke taak op te lossen met een paar open-source-bibliotheken. Heb je een database nodig? We nemen PostgreSQL. Heb je een webserver nodig? We installeren Nginx. Maar wanneer een programmeur besluit om iets fysieks met zijn eigen handen te bouwen, stuit hij vaak op een muur van proprietaire schema's, gesloten firmware en belachelijk dure labapparatuur.

Lang dacht ik dat open source buiten software beperkt bleef tot het laten knipperen van een LED op een Arduino. Dat blijkt helemaal niet het geval te zijn. Enthusiasten van de Technische Universiteit Delft hebben de awesome-open-hardware repository samengesteld, die het amateurtechniek-verhaal op zijn kop zet. Het bevat blauwdrukken voor gereedschapsmachines, wetenschappelijke instrumenten, controllers en zelfs een zeswielige Marsrover.

Wat er in de catalogus zit

De makers van de repository hebben niet alles in één hoop gegooid. Ze hebben de lijst opgedeeld in duidelijke categorieën: van zware werktuigbouw en consumentenelektronica tot academische papers en conferentiepublicaties.

Hier zijn vier gebieden die er het meest uitspringen:

1. Gereedschapsmachines en Robotica

Het eerste wat opvalt in het automatiseringsgedeelte is de schaal van de projecten. Dit zijn geen modellen om van karton in elkaar te plakken:

• JPL Open Source Rover. Een echte verkleinde Marsrover van NASA JPL-ingenieurs. De repository bevat complete blauwdrukken voor een rocker-bogie ophanging, een lijst met koopbare onderdelen en besturingssoftware.
• VORON Design. Een familie van snelle 3D-printers met CoreXY-kinematica. Schema's, STL-bestanden voor het printen van onderdelen en firmware-configuraties zijn volledig gratis.
• Opulo. Een automatische SMD-component pick-and-place machine. Een essentieel hulpmiddel als je van plan bent om thuis tientallen printplaten te solderen.
• FarmBot. Een robotische boerderij voor geautomatiseerde groenteteelt in je tuin. De robot bewatert planten automatisch, monitort de bodemvochtigheid en verwijdert onkruid.

2. Consumentenapparaten en Randapparatuur

Als gereedschapsmachines garageruimte vereisen, passen deze projecten op je bureau:

• PiKVM. Het project verandert een standaard Raspberry Pi-board in een volwaardige hardware KVM-over-IP. Je sluit het board aan op een server via HDMI en USB, waarna je via een browser op afstand BIOS kunt configureren of het besturingssysteem opnieuw kunt installeren.
• SlimeVR. Een set trackers voor full-body motion capture in virtual reality. Werkt zonder externe basisstations, met gyroscopen en ESP-microcontrollers. Board-schema's en firmware zijn open, dus je kunt de sensoren zelf bouwen voor een derde van de prijs van commerciële alternatieven.
• Mutable Instruments. Legendarische Eurorack-format synthesizer modules. De auteur heeft circuitschema's en signaalprocessorcode in de public domain vrijgegeven.

3. Wetenschappelijke Instrumenten

Meestal kost labapparatuur duizenden dollars, waardoor kleinere onderzoeksgroepen vaak zonder de instrumenten zitten die ze nodig hebben. De repository verzamelt alternatieven:

• OpenFlexure. Een optische microscoop met hoge precisie waarvan de mechanische onderdelen volledig 3D-printbaar zijn. Het mechanisme zorgt voor soepele tafelbeweging met stappen kleiner dan een micron.
• OpenBCI. Een hersen-computer interface. Het board leest elektro-encefalogrammen en spierimpulsen en stuurt data naar een PC voor verwerking in Python of C++.
• Open Gamma Detector. Een betaalbare gammastraling spectrometer voor stralingsmonitoring.

4. Theorie, Standaarden en Certificering

De repository heeft een sectie voor wie dieper wil ingaan op juridische en technische nuances. Zo bevat het links naar OSHWA (Open Source Hardware Association) certificering. Deze organisatie helpt je om een fysiek apparaat correct te licentiëren, zodat anderen het juridisch kunnen modificeren en fabriceren.

Je kunt er ook links naar boeken van enthousiastelingen vinden. Als je net begint met het leren over printplaatproductie, raad ik het werk van Andrew "bunnie" Huang aan, The Hardware Hacker. De auteur beschrijft de fijne kneepjes van het werken met Chinese fabrieken en laat zien hoe een breadboard-prototype verandert in een massaproduct.

Hoe deze lijst nuttig is voor een Programmeur

Webdevelopers of systeemingenieurs willen vaak hun handen leggen aan microcontrollers maar weten niet waar te beginnen met solderen en behuizingsontwerp. Het bestuderen van andermans open projecten geeft je een prima startpunt:

1. Kant-en-klare KiCad-schema's. In plaats van het wiel opnieuw uit te vinden, kun je bronbestanden downloaden voor boards zoals PiKVM of freeDSP-modules, ze openen in de gratis KiCad en zien hoe ervaren ingenieurs traces routeren.
2. Real-world codevoorbeelden. De repositories van deze projecten zitten vol met kwaliteitscode in C/C++, Rust en Python voor het werken met hardware via I2C, SPI en UART.
3. Budgetvoordelen. Als je een microscoop voor thuis nodig hebt of een tool voor het op afstand beheren van je thuisserver, kost het bouwen van een open-source alternatief vaak een fractie van de prijs van commerciële apparatuur.

Waar te beginnen met je verdieping

De repository wordt regelmatig bijgewerkt en het project wordt ondersteund door een community van onderzoekers uit Nederland.

Als je nog nooit een soldeerbout in je handen hebt gehad, begin dan met het Consumentenapparaten gedeelte. Bouw een eenvoudig project op basis van Raspberry Pi of ESP32 waar de mechanica minimaal is. Als je toegang hebt tot een 3D-printer, bekijk dan OpenFlexure. Het printen en assembleren van een optische microscoop kost een paar avonden, en het resultaat zal je verrassen met zijn beeldscherpte.

De awesome-open-hardware catalogus is zeker het bookmarken waard. Het is een geweldig spiekbriefje voor wanneer je even wilt stoppen met pure software en iets tastbaars wilt bouwen.