Thú vị: Mô phỏng chất lỏng FLIP trên màn hình cơ điện Flip Dots cổ điển

24 Thg 9, 2026 Tiến độ: Hoàn tất

Đây là câu chuyện về cách tôi đưa mô phỏng chất lưu FLIP lên màn hình cơ điện flipdot. FLIP là viết tắt của Fluid Implicit Particle (Hạt ẩn chất lưu), và vâng, động lực chính đằng sau việc này chính là cách chơi chữ đó.

Nó được xây dựng như một tác phẩm sắp đặt cho EMF2026. Trang này chủ yếu tập trung vào các chi tiết kỹ thuật, nhưng để có cái nhìn tổng quan và xem nó hoạt động như thế nào, hãy xem video YouTube dưới đây.

• Giới thiệu
• Hành trình đến với các tấm panel
• Kết nối các điểm ảnh
• Đến với KiCad
• Mạch thứ hai
• Những giấc mơ lắp ráp
• Chuẩn bị tấm panel
• Hoàn thiện nguyên mẫu
• Khung sườn
• Các bo mạch giải mã
• Bộ nguồn
• Cần điều khiển (Joystick)
• Bo mạch chủ và Bus nguồn
• Logo
• Sự kiện
• Kết luận

Mô phỏng chất lưu "Flippin'"

Trong vài năm qua, tôi đã xây dựng đủ loại mô phỏng chất lưu, mặc dù những thứ duy nhất tôi làm video là màn hình thể tích và mặt dây chuyền chất lưu.

Mặc dù hầu hết chúng vẫn còn là bí mật (tôi sẽ công bố chúng sau), tất cả đều có một khiếm khuyết chung, đó là chất lưu LED hoàn toàn im lặng. Tôi đã tự hỏi liệu mình có thể mô phỏng một vài tiếng động "xào xạc" không, thì chợt nghĩ rằng một màn hình cơ điện, như flipdot, sẽ tạo ra âm thanh đó cho chúng ta. Nhận ra rằng nó cũng tạo nên một cách chơi chữ tuyệt vời đã chốt hạ quyết định này.

Nhưng màn hình flipdot cực kỳ đắt đỏ. Theo những gì tôi thu thập được, chỉ còn một nhà sản xuất duy nhất tồn tại và họ có các thỏa thuận độc quyền với một số ít các studio nghệ thuật. Breakfast Studio có lẽ là cái tên nổi tiếng nhất, và họ không quan tâm đến việc nói chuyện với bất kỳ ai có ngân sách dưới 50.000 đô la.

Thật tình cờ, có lúc tôi làm hợp đồng cho một công ty sở hữu một màn hình flipdot lớn, và tôi đã cố gắng thuyết phục họ cho tôi chơi thử với nó. Tôi thực sự đã đề nghị từ bỏ tiền lương để đổi lấy việc được chạy mô phỏng chất lưu trên màn hình của họ, và thật ngạc nhiên, họ đã từ chối tôi. Tôi đoán điều đó đã quyết định tất cả: tôi sẽ phải làm theo cách khó khăn nhất.

Hành trình đến với các tấm panel

Hỏi han xung quanh, đặc biệt là tại các hackercamp, đã dẫn đến một loạt các cuộc trò chuyện thú vị. Rất nhiều người quan tâm đến flipdot. Thậm chí còn có ý kiến về việc thành lập một tập thể và đặt hàng các tấm flipdot mới sản xuất từ Trung Quốc. Chắc chắn nếu có ai đó có thể sản xuất những màn hình này với giá rẻ, thì đó chính là người Trung Quốc. Nhưng quy trình sản xuất lại vô cùng phức tạp. Ngay cả bản thân các đĩa cũng là một cấu trúc kẹp của khoảng sáu loại vật liệu khác nhau – ở đây tôi đã tháo rời một trong những chiếc đĩa mà cuối cùng tôi đã sử dụng:

Nó không đơn giản chỉ là một cuộn dây di chuyển một bộ phận từ tính. Các điểm ảnh có tính chất không bay hơi (non-volatile), vì vậy chúng giữ nguyên vị trí khi ngắt điện. Có hai nam châm vĩnh cửu (một bên trong điểm ảnh, phía trên, và một ở đế) cùng hai lõi có thể được phân cực để thiết lập trạng thái của điểm ảnh.

Một số người tôi trò chuyện có vài màn hình flipdot mới từ AlfaZeta, nhưng hầu hết mọi người đều có những chiếc cũ từ eBay, gần như độc quyền do Hanover sản xuất – công ty vẫn tồn tại nhưng không còn sản xuất loại màn hình này nữa.

Bên lề: một số dự án của tôi đã bị sao chép bởi những người ở Trung Quốc. Nếu sau khi công bố bài viết này, một công ty nào đó ở Trung Quốc bắt đầu sản xuất hàng loạt màn hình flipdot giá rẻ, tôi nghĩ chúng ta sẽ coi đó là một chiến thắng.

Cuối cùng tôi đã liên lạc được với Sam, hay còn gọi là Look Mum No Computer. Bảo tàng công nghệ lỗi thời của anh ấy đã đưa anh vào vị trí đáng ghen tị là thỉnh thoảng nhận được những món quà tặng thú vị về công nghệ cũ kỳ lạ, và một trong những món quà đó là một đống khổng lồ các màn hình flipdot cũ. Không rõ liệu chúng được thu hồi từ xe buýt cũ hay là hàng tồn kho mới. Nhiều cái trong tình trạng khá tồi tệ, nhưng đó có thể chỉ là do cách chúng được lưu trữ. Kế hoạch của Sam là biến tất cả chúng thành một màn hình khổng lồ, nhưng làm điều đó sẽ là một khối lượng công việc khổng lồ, vì những lý do mà bạn sẽ sớm hiểu ra. Anh ấy rất vui khi để tôi lấy vài tấm để chơi thử, với lời hứa sẽ cho thêm nếu tôi có thể tìm ra cách điều khiển chúng hiệu quả.

Đây là một trong những tấm panel đó:

Tôi giữ lại cái này để làm phụ tùng thay thế vì nó bị hư hại do va đập gần mép. Ở phía trên bên phải, tôi đã tháo rời được một nhóm các điểm ảnh.

Mã ngày sản xuất là 2007, trẻ hơn tôi mong đợi.

Mặt sau của tấm panel có một tấm bảo vệ, mà tôi đã tháo ra ở đây.

Lưu ý độ phân giải là 13 x 28. Các điểm ảnh trên tấm này được sản xuất theo nhóm bảy, đó là lý do tại sao có con số 28. Con số 13 có lẽ là kết quả từ sở thích của nhà thiết kế đối với các số nguyên tố.

Kết nối các điểm ảnh

Vấn đề số một với các tấm panel này là bảng mạch nhô ra ngoài các cạnh, nghĩa là chúng ta không thể ghép chúng lại với nhau một cách liền mạch theo hướng đó.

Vấn đề số hai là mạch điều khiển hiện tại khá chậm, mất khoảng một giây để cập nhật màn hình. Toàn bộ tấm panel được nối dây như một ma trận lớn, điều này giới hạn tốc độ cập nhật của chúng ta.

Sam đã có thể làm cho một loạt các tấm panel hoạt động với mạch điều khiển gốc của chúng, đầu tiên là xây dựng một bàn vẽ Etch A Sketch và sau đó là một màn hình lớn hơn sử dụng một vài tấm panel. Anh ấy đề cập rằng ít nhất một người khác cũng đã làm cho chúng hoạt động với mạch gốc. Nhưng xây dựng một màn hình rất rộng là chưa đủ, chúng ta muốn ghép chúng theo chiều dọc nữa!

Người đi xa nhất là Mike từ mikeselectricstuff, và video về flipdot của anh ấy cực kỳ hữu ích, đóng vai trò là tài liệu tham khảo chính của tôi về cách các điểm ảnh hoạt động. Điểm thú vị nhất là mặc dù mất khoảng 60 mili giây để một điểm ảnh lật, nó chỉ cần một xung rất ngắn để phân cực các lõi, có lẽ tối đa là một mili giây.

Các xung dài hơn và điện áp cao hơn có thể làm điểm ảnh lật nhanh hơn một chút, nhưng không đáng kể. Một ý tưởng là bằng cách sử dụng điện áp cao hơn, chúng ta có thể sử dụng các xung ngắn hơn, điều này sẽ cho phép chúng ta quét qua ma trận nhanh hơn. Lấy trực tiếp từ video của Mike, bố cục ma trận trông như thế này:

Để thiết lập điểm ảnh đầu tiên, bạn sẽ đặt cột đầu tiên ở mức cao hoặc thấp, sau đó tạo xung cho dòng hàng tương ứng. Theo tôi hiểu, mạch điều khiển gốc sẽ giữ dòng cột ở một trạng thái, tạo xung qua từng điểm ảnh cần thiết lập theo một cách, sau đó thay đổi cực tính của dòng cột và tạo xung cho tất cả các điểm ảnh còn lại trong cột, rồi chuyển sang cột tiếp theo.

Có thể xây dựng một ma trận nhanh hơn bằng cách tạo xung cho tất cả các điểm ảnh trong cột chỉ trong hai lần. Giữ dòng cột ở mức cao, đồng thời tạo xung cho tất cả các hàng tương ứng, sau đó giữ dòng cột ở mức thấp và tạo xung cho các điểm ảnh còn lại. Nếu các xung là một mili giây, chúng ta có khả năng cập nhật tất cả 28 cột chỉ trong 56 mili giây, đó cũng là khoảng thời gian cần thiết để một điểm ảnh lật.

Có hai vấn đề với phương pháp này. Một là yêu cầu về năng lượng rất đáng kể. Mỗi cuộn dây có điện trở khoảng 18 ohm, tương đương 666mA ở 12V. Đối với các xung nhanh hơn, chúng ta có thể cần 15, 20 hoặc 24V, với hơn một ampe trên mỗi cuộn dây. Đối với các tấm panel chỉ có 13 hàng này, việc có một mạch điều khiển có thể đẩy và kéo 13 ampe cho mỗi cột sẽ rất khó khăn. Các tấm panel lớn hơn sẽ cần các linh kiện mạnh mẽ hơn nữa.

Chúng ta có thể chia nó thành nhiều ma trận nhỏ hơn, nhưng vấn đề tiếp theo là bất kỳ ma trận nào cũng sẽ xuất hiện các hiện tượng lỗi hình ảnh (artefacts). Mặc dù phải mất hàng chục mili giây để một dấu chấm lật qua, nhưng nếu các dấu chấm khác nhau bắt đầu lật không đồng bộ dù chỉ một chút, sẽ có một lỗi hiển thị khi chúng thay đổi dần dần. Ngay cả với các ma trận nhỏ như 8x8, hoặc thậm chí 4x4, khi bạn lật toàn bộ màn hình, sẽ có một dạng bàn cờ xuất hiện trong giây lát khi mỗi ma trận quét qua. Đối với những gì tôi muốn thực hiện, điều đó là không thể chấp nhận được.

Về mặt logic, hướng tiếp theo cần khám phá là tháo rời tất cả các dấu chấm và gắn chúng lên các bảng mạch mới.

Chúng tôi đã thảo luận về một số cách nhanh chóng để thực hiện việc này nhưng cuối cùng đi đến kết luận rằng nó không đáng thời gian bỏ ra. Các dấu chấm này rất mỏng manh, với những sợi dây nam châm nhỏ và nhựa mềm dễ nóng chảy, nên phải thực hiện rất cẩn thận. Ngay cả với thiết bị tháo mối hàn tốt nhất, cũng sẽ mất rất nhiều thời gian. Có khả năng việc cưa trước PCB thành từng mảnh sẽ giúp ích; có khả năng một bộ gá chuyên dụng để làm nóng chảy cả nhóm 14 chân cùng lúc sẽ giúp ích; có khả năng chúng tôi có thể thử tận dụng thiết lập hàn sóng để tăng tốc... nhưng hãy nhớ rằng, những gì chúng tôi đang cố gắng làm ở đây là chế tạo một màn hình flipdot tốc độ cao với chi phí rẻ hơn các sản phẩm thương mại. Sau khi tháo mối hàn, chúng tôi còn phải tốn thêm công sức để hàn lại chúng vào bảng mạch mới. Trừ khi thời gian của chúng tôi hoàn toàn vô giá trị, nếu không thì cách này cuối cùng sẽ rất đắt đỏ.

Ý tưởng của Mike là chế tạo một bảng mạch mới có thể hàn trực tiếp vào mặt sau của các bảng mạch hiện có. Anh ấy đã tìm thấy một số chip cầu H (H-bridge) rất rẻ được thiết kế để điều khiển các động cơ điện nhỏ, có thể chạy từ nguồn 12V, không cần chuyển đổi mức logic (level shifting) và có sẵn các diode bảo vệ. Các linh kiện này có tên như MX6208, BE6208 và LK6208, và một trong số chúng có thể điều khiển trực tiếp một dấu chấm.

Như bạn có thể đoán nếu đã từng sử dụng chip điều khiển động cơ, hai đầu vào A và B được sử dụng để điều khiển các đầu ra, với mức logic cao và thấp tương ứng với đẩy và kéo, nhưng nếu A và B khớp nhau thì nó sẽ thực hiện hãm (đặt cả hai đầu ra về mức thấp) hoặc cho phép chạy tự do (vô hiệu hóa cả hai đầu ra). Các bảng dữ liệu (datasheets) cung cấp cho chúng ta sơ đồ nội bộ và bảng chân trị một cách rất thuận tiện.

Bài gốc còn tiếp — xem tiếp tại bài gốc ↗