Bethan Grylls
New Electronics
Расширенная реальность – старая технология, подающая новые надежды, – сможет изменить подход к проектированию электроники
Рынки расширенной (Augumented Reality, AR) и виртуальной реальности (Virtual Reality, VR) находятся на подъеме, и аналитическая компания IDC прогнозирует, что в 2018 году их объем составит 17.8 млрд долларов.
В то время как VR быстро продвигается в мир потребительской электроники, AR, похоже, будет иметь аналогичный эффект в промышленности, и сфера проектирования печатных плат является одним из потенциальных бенефициаров, где технология дополненной реальности может решать такие вопросы, как установка элементов электроники в нетиповые формы, проверка и обеспечение правильной работы соединений и цепей, сокращение затрат времени на размещение элементов и трассировку печатных плат.
 |
||
| Рисунок 1. | В будущем прозрачные экраны смогут использоваться в системах проектирования печатных плат с поддержкой дополненной реальности. |
|
В отличие от VR, которая полностью погружает пользователя в цифровой мир, AR предполагает наложение цифрового контента на существующую реальность. Виртуальные объекты ориентированы так, что, кажется, будто у них есть реальные места в мире.
Если технология проектирования электроники могла бы извлечь из AR пользу, почему же это не было реализовано на практике?
«Люди решают те программные проблемы, которые представляют для них наибольший интерес, – сказал Дэвид Гарольд (David Harold), вице-президент по маркетингу и коммуникациям компании Imagination Technologies. – Они будут платить за задачи, которые они хотят решить, например те, которые касаются безопасности и здравоохранения».
Гарольд выделил несколько областей, где, по его мнению, AR сможет использоваться в будущем. Первую он обозначил понятием «процесса». Идея заключается в том, что, работая над проектом, конструктор может переключаться между готовой, виртуальной версией платы и реальным состоянием проекта. Он предположил, что это поможет подсказать разработчику, что еще осталось сделать, и информировать его о виде готового изделия.
Вторую область он назвал «без отвлечения». «Люди забывают, насколько точно детализированы некоторые из наших работ, – сказал он. – Возможность иметь в поле зрения набор виртуальных инструкций, чтобы не требовалось вручную перелистывать страницы, была бы очень полезной». Он описал теоретическую систему, где пользователю доступен режим «туннельного» просмотра, в котором некоторые области, попадающие в поле зрения, могут быть затемнены для акцентирования внимания на более важных, выделенных областях.
Кроме того, Гарольд предложил объединить AR с искусственным интеллектом (Artificial Intelligence, AI), представив сценарий, в котором система AR с поддержкой AI могла бы распознавать детали, над которыми работает конструктор, и обеспечивать оптимизацию. Эта воображаемая система может предлагать альтернативы, идентифицировать недостающие элементы, подсказывать решения, наработанные другими проектировщиками, а также искать и выделять участки концентрации напряжений и вероятных отказов в проекте.
 |
||
| Рисунок 2. | Дополненная реальность уже используется в промышленных условиях для таких задач, как поиск неисправностей, но еще не раскрыла свой потенциал в проектировании печатных плат. |
|
Способность AR системы отличать необходимые действия от ненужных также будет иметь решающее значение в проектировании электроники. Движения в реальном мире не всегда логичны, поэтому система должна быть достаточно умна, чтобы классифицировать их для исключения задержек и ошибок.
«В конечном счете, – сказал Гарольд, – технологии, разрабатываемые для рынков бытовых устройств и здравоохранения, начнут проникать и в другие области».
Хизер Макдональд Тейт (Heather Macdonald Tait), специалист по маркетинговым коммуникациям компании Ultrahaptics, считает, что одна из причин, по которой AR не была внедрена в сферу проектирования электроники, выражается логическим парадоксом «что появилось раньше – яйцо или курица?» применительно к программным и аппаратным средствам. «Нам нужны правильные инструменты для разработки контента, – объяснила она. – Но нам также нужны аппаратные средства для их поддержки, и это повлияло на принятие их рынком».
Технологии, разрабатываемые Ultrahaptics, обеспечивают тактильную обратную связь через воздух. С помощью массива динамиков, управляемых ПЛИС и микроконтроллером, излучается ультразвук с частотой 40 кГц. Система, контролируя каждый динамик, создает массив точек давления, позволяющий пользователю «ощущать» виртуальный объект.
«Я думаю, что мы не раскроем полный потенциал AR и VR, – дополнил доктор Дэвид Фай, инженер по применению компании Ultrahaptics, – до тех пор, пока не добавим механизм взаимодействия. Мы считаем, что раскрываем этот потенциал с помощью тактильной обратной связи, и люди, использующие этот инструмент, смогут оценить преимущества технологии».
Компания Altium также экспериментирует с методами AR, которые могут использоваться в проектировании. В последних тестах она программно связала 3D очки с 3D редактором печатных плат, чтобы расширить конструктору контроль над рабочим пространством проекта платы. Однако эта работа никогда не выходила из фазы эксперимента из-за трудности оценки ее практической пользы или эффективности.
«Проектировщикам электронных устройств потребуется время, чтобы понять, как AR может помочь им в профессиональной деятельности. Мы в ожидании появления более совершенных технологий, – сказал Бен Джордан (Ben Jordan), старший менеджер по маркетингу и персоналу Altium. – Это как лазеры: сначала никто не знал, что с ними делать, а теперь они повсюду».
Джордан считает, что ответ может лежать в области создания светоизлучающих сенсорных экранов. Он представляет себе технологию, проецирующую перед пользователем изображение, с которым он сможет взаимодействовать посредством жестов. «Однажды мы разработаем программное обеспечение для прозрачных сенсорных экранов, и люди, держа прототип платы под экраном, смогут подключить ее. Появятся тестирующие приложения, в которых проектировщик сможет сравнить работу своего прототипа и реальной конструкции».
Джордан также исследовал идею обучения и использования AR с ПО для моделирования. Он предположил, что проектирование печатных плат в среде AR в будущем может снизить затраты и потери материалов по сравнению с современными методами, а также будет использоваться для воспроизведения магнитных и электрических полей, создаваемых устройством, в качестве альтернативного способа поверки его соответствия нормативным требованиям.
«AR потенциально может сыграть роль в том, чтобы сделать проектирование электроники более близким к промышленному проектированию, – добавил Джордан. – Например, дизайнер может создать глиняный макет продукта, а затем разработчик электроники, используя AR-виды этого макета в сочетании с кластерами компонентов в САПР печатных плат, в режиме реального времени начнет работу над формой печатной платы, чтобы проверить, не выходят ли крупные элементы за ее границы, или выполнит подбор альтернативных компонентов меньшего размера».
«Подобно интеграции в САПР печатных плат функции 3D просмотра в конце 1980-х годов, технология AR – это решение проблем, которых мы, вероятно, еще не имеем, – рискнул предположить Джордан. – Сегодня все знают, что для эффективного проектирования печатных плат нужно иметь САПР хотя бы с минимальными возможностями 3D, но 20 лет назад это было не так очевидно. По мере эволюционирования технологий и подходов к проектированию, это станет более очевидным».
«Я могу предположить, что польза AR для проектирования печатных плат будет расти по мере принятия технологии 3D MID (Mechatronic Integrated Devices – мехатронные интегрированные устройства), – продолжил он. – С помощью 3D MID можно взять пластиковый или глиняный макет создаваемого устройства и, используя САПР и AR-камеру, в трехмерном пространстве наложить на него размещение компонентов и трассировку дорожек».
«Но, возможно, в этом нет необходимости, – возразил он. – Вы можете просто перенести STEP или Parasolid модель MID проекта в среду редактора, расположить компоненты и развести их. Время покажет».
Хотя в будущем технология дополненной реальности может занять место в сфере проектирования электроники, по-видимому, вначале должен быть достигнут прогресс в разработке подходящего оборудования. До тех пор AR в электронике может оставаться не более чем диковинкой.
