Infinity Gears: 41‑ступенчатый редуктор с периодом вращения 346 квинтиллионов лет

Компоненты и материалы

Необходимые инструменты

ProBUDDY Kit

О проекте

Вдохновлённый монументальной работой Артура Гансона «Машина с бетоном», проект Infinity Gears переносит 12 ступеней передачи с отношением 1/50 в компактную полностью цифровую систему подсчёта. Оригинальная скульптура требовала 200 об/мин для одного полного оборота последней шестерёнки, что переводится в астрономические 13,7 млрд лет. Наш дизайн реализует схожий парадокс в меньшем масштабе: DC-мотор-редуктор на 250 об/мин приводит в движение первую шестерёнку, а время полного оборота последней достигает невообразимых 346 квинтиллионов лет.

Интегрируя рид-ключи и светодиоды на каждой ступени, мы преобразуем механическое движение в цифровые счетчики, отображаемые на 2×16 LCD под управлением Arduino Uno. Эта установка не только демонстрирует механическое усиление, но и служит наглядным учебным пособием для энтузиастов робототехники.

Все шестерёнки напечатаны на 3D-принтере яркими цветами; пять чёрных шестерёнок оснащены небольшими магнитами для срабатывания рид-ключей. Последняя шестерёнка выполнена в виде неповоротного квадрата, что гарантирует её неподвижность, пока предыдущие шестерёнки завершают свои циклы.

Временные масштабы: первая чёрная шестерёнка совершает оборот за 0,002 мин; вторая — за 135 дней; третья — за 3,6 млн лет; четвёртая — за 35 трлн лет; финальная квадратная шестерёнка — за 346 квинтиллионов лет — фактически за пределами возраста Вселенной.

Программный код

Код для Arduino Uno

#include <LiquidCrystal.h> // Библиотека управления LCD
LiquidCrystal lcd(12, 11, 5, 4, 3, 2); // Распиновка LCD

// Входы рид-ключей
int reed1 = 6;
int reed2 = 7;
int reed3 = 8;
int reed4 = 9;
int reed_status1, reed_status2, reed_status3, reed_status4;

// Счетчики оборотов
int counter1 = 0;
int counter2 = 0;
int counter3 = 0;
int counter4 = 0;

void setup() {
  lcd.begin(16, 2); // Размеры LCD
  lcd.setCursor(0, 0);
  lcd.print("SUNDAY ROBOTICS");
  lcd.setCursor(0, 1);
  lcd.print(" INFINITE GEARS");
  pinMode(reed1, INPUT);
  pinMode(reed2, INPUT);
  pinMode(reed3, INPUT);
  pinMode(reed4, INPUT);
  delay(1500); // Пауза на заставке
}

void loop() {
  reed_status1 = digitalRead(reed1);
  reed_status2 = digitalRead(reed2);
  reed_status3 = digitalRead(reed3);
  reed_status4 = digitalRead(reed4);
  
  if (reed_status1 == 0) {
    delay(100);
    counter1++;
  } else if (reed_status2 == 0) {
    delay(100);
    counter2++;
  } else if (reed_status3 == 0) {
    delay(100);
    counter3++;
  } else if (reed_status4 == 0) {
    delay(100);
    counter4++;
  }
}

void displayCounts() {
  lcd.clear();
  lcd.setCursor(0, 0);
  lcd.print(" INFINITE GEARS");
  lcd.setCursor(0, 1);
  lcd.print("F:");
  lcd.print(counter1);
  lcd.print(" S:");
  lcd.print(counter2);
  lcd.print(" T:");
  lcd.print(counter3);
  lcd.print(" F:");
  lcd.print(counter4);
}

Спецификация шестерёнок

Проектировалось 41 зубчатая шестерёнка плюс моторная шестерёнка, каждая с 45 внешними зубьями и 9 внутренними; у моторной шестерёнки тоже 9 зубьев. Передаточное отношение на ступень — 1:5, итоговое отношение 1/(5^41). Время полного оборота мотора — 1/250 мин, поэтому последняя квадратная шестерёнка потребует (1/250) × (5^41) ≈ 1,8×10^26 мин, что эквивалентно 3,03×10^24 ч, 1,26×10^23 суткам или 3,46×10^20 лет — 346 квинтиллионов лет.

Схема подключения

Система питана от восьми щелочных батареек AA последовательно, выдающих 8 В. DC-мотор на 6 В и Arduino Uno на 5 В (плюс LCD и периферия) запитаны через два понижающих регулятора LM2596.

Каждая чёрная шестерёнка содержит магнит. Когда магнит проходит мимо рид-ключа, Arduino получает низкий импульс, инкрементируя соответствующий счётчик. Светодиод с резистором даёт визуальную индикацию состояния ключа.

2×16 символьный LCD отображает накопленные счётчики для каждой ступени передачи.