社区运营的互联网正在弥合数字鸿沟

低功耗开源无线网状网络具有便携性

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照片中一名男子蹲在外面的设备前,身后有围栏。

创业公司Wakoma的创始人埃里克·尼奇克(Eric Nitschke)带着开源、便携式无线网状网络系统nimble。

Wakoma

对我们许多人来说,互联网是日常生活的一部分。但根据一项研究,对于全球超过35亿人来说,情况并非如此,他们无法有效地使用互联网布鲁金斯学会报告,“弥合全球数字鸿沟”“有很多原因这些差异包括支付能力、缺乏数字素养以及缺乏当地语言的相关内容和服务。

去年IEEE未来网络首创精神在就职典礼上发表IEEE连接无连接挑战寻求促进互联互通的创新项目和创意。它征集了已经试点但尚未广泛部署的早期项目,以及有潜力的理论概念。对参赛作品的评判标准包括改善互联网接入的技术能力、降低互联网接入成本的商业模式的实力,以及社区采用其解决方案的可能性。


来自69个国家的250多名学者、公司、非营利组织、个人和学生参加了比赛。最终选出了11名获奖者,并颁发了6万美元的现金奖。资金来自IEEE新举措委员会也包括赞助商Cenerva国际通信卫星公司微软,VMware

基于去年的强烈反响,IEEE未来网络计划将这一挑战列为年度项目。今年的提交门户网站即将开放。

去年的获奖项目在连接未连接的峰会这是去年11月举行的虚拟活动。最佳整体概念验证类别的第一名是社会企业初创公司Wakoma灵活的这是一个开源的便携式无线网状网络系统,社区可以在本地构建和部署。

无线网状网络通过使用无线节点(接入点或路由器)在网状拓扑中相互连接,以低成本连接大面积区域。弹性网络可以共享一个回程连接。

一张满是组件的表的照片Nimble由外形因素网络硬件组成,安装在一个防风雨的箱子里。Wakoma

这家初创公司的创始人说:“没有多少资源可以告诉人们如何不花大钱就建立一个网络,”埃里克·尼奇克.“我们的目标是使社区能够快速建立一个低成本、低功耗、但仍然便携的网络,以满足他们自己的连接和教育需求。”

部署Nimble后,用户可以完全离线进行视频和语音聊天、流媒体视频、共享文件、构建和运行电子学习课程和网站、创建共享电子表格和文档、阅读电子书、玩游戏等等。

尼奇克说:“如果它是开源软件,我们很有可能将其引入平台并离线运行。”当互联网连接可用时,可以将其插入Nimble,为已经连接到网络中的任何人提供访问。

社区网络可以覆盖一个村庄、一个城市或整个地区,提供比现有运营商更便宜、更可靠的连接。无线节点网络对单个节点的故障具有弹性,Nitschke说。

Wakoma团队在四个国家开展业务,为加拿大、捷克共和国、南非和美国的Nimbles提供支持,并计划在印度、肯尼亚和墨西哥部署。

“世界各地以社区为基础的网络正在迅速发展,致力于让更多人上网。”·尼奇克说。“其中许多网络是由社区和当地合作伙伴规划、设计、建造和运营的。我们的团队正在通过本地化的开源硬件和软件以及能力建设加速这一进程。”

硬件和软件

Nimble包括小型的网络硬件,它被安置在一个防风雨的盒子里。整个系统的运行功率不到100瓦,可处理数千个用户。

Nitschke说道:“我们希望让社区能够轻松地将自己的硬件添加到Nimble中。“例如,如果他们已经有一个小服务器,我们可以快速3d设计一个架子,可以在本地打印。”

开源的设计和规范是可用在公司的网站上打印

对于那些没有3D打印机的人,Wakoma会与拥有3D打印机的机构合作,比如大学、创客空间和晶圆实验室,这些机构可以打印和运输组件。

IEEE宣布连接无连接挑战的第一个获胜者,一个新的竞争提供…www.youtube.com

尼奇克说:“大约60%到80%的人道主义资金用于物流和供应链活动。“灵活单元的分布式制造可以显著降低成本和生产速度,使我们减少对国际供应链的依赖。”

为Nimble提供动力的软件是Lokal也是Wakoma设计的开源平台。

“因为它是开放的,你可以在服务器上运行任何你想要的,”Nitschke说,“但我们是专门为服务不足的社区构建Lokal的。”

会议需要

他说,社区不使用互联网的一个原因是,他们无法用自己的语言找到娱乐、教育或其他有价值的内容。他们通常没有设备、技能或资金来创建自己的内容。Nimble可以让他们整理他们想要发布的内容,Wakoma也可以这样做。

“例如,”尼奇克说,“如果一个非政府组织或当地组织有自己的视频、照片、故事或音频剪辑,他们可以上传这些内容,这样即使在没有互联网的情况下,社区也可以访问它们。”

“我们的团队正在努力让用户更容易控制谁可以访问哪些内容和服务,这些内容和服务有时是神圣和敏感的。”

“我们的目标是使社区能够快速建立一个低成本、低功耗、但仍然便携的网络,以满足他们自己的连接和教育需求。”

Wakoma与通过城市升级预防暴力在南非启动无线社区网络,在开普敦周围的乡镇和非正式定居点运营。VPUU致力于将低收入社区改造成更安全、更可持续的社区。这个10gbps的网络现在是南非最大的社区网络之一,拥有100多个热点和6万独立用户。尼奇克说,VPUU正在建造几个Nimble v - box单元,为新定居点的网络播下种子。

Wakoma还与DigitalNWT团队和加拿大西北地区的农村土著社区设计课程和灵活的硬件,以提高数字扫盲培训。社区“集群”已经建立了16个敏捷单元,用于提供移动培训讲习班和建立网络。

Nimble的价格从500美元到2000美元不等,具体取决于所选择的硬件和组件。

尼奇克说,比赛的1万美元奖金将使他的团队能够开发更小、更便宜的Nimble模型,以及用于线下物联网、网络直播和在线学习课程以及LEO连接等活动的附加套件。

“我们的团队非常感谢这个奖项和IEEE的支持,”他说。“我们已经把它用于增强服务不足的社区的能力,以他们认为相关和有意义的方式连接自己。”

查阅连接Unconnected Summit门户仍在进行中。它包括专家关于数字鸿沟的主题演讲,以及关于网络基础设施、互联网政策等的小组讨论。

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基础电子学的内在美

O笔电路展示了无源组件的惊人复杂性

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垂直
高稳定性薄膜电阻器的照片,黄色字母为“MIS”。
所有照片由Eric Schlaepfer & Windell H. Oskay拍摄
蓝色的

Eric Schlaepfer是尝试在修理一个坏掉的测试设备时,他偶然发现了问题的原因——一个有问题的钽电容器。这个组件不知怎么就短路了,他想知道原因。于是他把它擦得锃亮,想看一看里面。他从未找到这段短片的来源,但他和他的合作者温德尔·h·奥斯卡(Windell H. Oskay)发现了更好的东西:电子设备中隐藏着一个令人惊叹的世界。接下来是一个又一个小时的抛光、清洁和摄影,结果是开路:电子元件的内在美(No Starch Press, 2022),摘录如下。正如作者所写的,关于这些组件的一切都是为了满足特定的技术需求而故意设计的,但这种设计导致了“意外之美:你从未期望看到的事物的涌现美学。”

从一本书,跨越广阔的电子世界,我们在什么亚博真人yabo.at令人惊讶的是,我们不花太多时间去思考的东西的内部是被动组件。晶体管、led和其他半导体可能是它们发挥作用的地方,但电阻器、电容器和电感器的简单物理也有它们自己的辉煌。

高稳定性薄膜电阻

高稳定性薄膜电阻器的照片,黄色字母为“MIS”。

所有照片由Eric Schlaepfer & Windell H. Oskay拍摄

这种高稳定性的薄膜电阻器直径约为4毫米,其制作方法与廉价的碳薄膜电阻器非常相似,但精度极高。在陶瓷棒上涂上一层薄薄的电阻膜(薄金属、金属氧化物或碳),然后在薄膜上加工出一个完全均匀的螺旋槽。

电阻器没有涂上环氧树脂,而是密封在一个有光泽的小玻璃信封里。这使得电阻更加坚固,非常适合精密参考仪器等特殊情况,其中电阻的长期稳定性至关重要。与环氧树脂等标准涂层相比,玻璃外壳能更好地隔离水分和其他环境变化。

15转微调电位器

一张蓝筹股的照片
电路板上蓝筹股的照片。

调整螺丝旋转15圈才能将一个15圈的微调电位器从电阻范围的一端移到另一端。需要用精细分辨率控制进行调整的电路使用这种类型的微调锅,而不是单圈品种。

这个微调器的电阻元件是一条金属陶瓷——陶瓷和金属的复合材料——丝印在白色陶瓷衬底上。丝网印刷的金属将每一端的带材连接到连接线上。这是一个扁平的,线性的马蹄形电阻元件在单圈修剪。

转动调节螺丝使塑料滑块沿着轨道移动。雨刷是一个弹簧手指,一个弹簧加载的金属触点,连接到滑块上。它使金属条与电阻膜条上选定的点接触。

陶瓷圆盘电容器

一个陶瓷圆盘电容器的剖面图
陶瓷圆盘电容器的照片

电容器是以静电的形式储存能量的基本电子元件。它们被用在无数方面,包括大容量能量存储,平滑电子信号,以及作为计算机存储单元。最简单的电容器由两块平行的金属板组成,它们之间有间隙,但电容器可以有多种形式,只要有两个导电表面,称为电极,由绝缘体隔开。

陶瓷圆盘电容器是一种低成本的电容器,经常在电器和玩具中发现。它的绝缘体是一个陶瓷圆盘,它的两个平行板是极薄的金属涂层,蒸发或溅射到圆盘的外表面。连接线使用焊料连接,整个组件浸在多孔涂层材料中,这种材料干燥坚硬,可以保护电容器不受损坏。

薄膜电容器

电容器切割后的图像
绿色电容器的照片。

薄膜电容器经常出现在高质量的音频设备中,如耳机放大器、唱机、图形均衡器和无线电调谐器。它们的主要特点是电介质材料是塑料薄膜,如聚酯或聚丙烯。

这种薄膜电容器的金属电极真空沉积在长条形塑料薄膜表面。在引线连接后,薄膜被卷起并浸入环氧树脂中,将组件粘合在一起。然后,将完成的组件浸在坚硬的外层涂层中,并标记其价值。

其他类型的薄膜电容器是由金属化塑料薄膜的平层堆叠而成,而不是将薄膜层卷起来。

浸钽电容器

一个浸入钽电容器的剖面图的照片

电容器的核心是一个多孔的钽金属小球。该颗粒由钽粉烧结制成,或在高温下压缩成致密的海绵状固体。

就像厨房里的海绵一样,所产生的颗粒具有单位体积的高表面积。然后对颗粒进行阳极氧化,形成具有同样高表面积的绝缘氧化层。这一过程将大量电容封装到一个紧凑的器件中,采用海绵状几何结构,而不是大多数其他电容器使用的堆叠或滚动层。

该器件的正极或阳极直接连接到钽金属上。负极或阴极是由一层薄薄的导电二氧化锰涂层形成的。

轴向电感器

轴向感应器的剖面图
一组剪断电线的照片

电感器是以磁场的形式储存能量的基本电子元件。例如,它们被用于某些类型的电源中,通过交替存储和释放能量来在电压之间转换。这种节能设计有助于最大限度地延长手机和其他便携式电子产品的电池寿命。

电感器通常由一圈绝缘电线包裹在铁芯或铁氧体(一种充满氧化铁的陶瓷)等磁性材料上组成。在磁芯周围流动的电流会产生一个磁场,这个磁场就像电流的飞轮,在电流流过电感器时平滑电流的变化。

这种轴向电感有许多圈的清漆铜线绕铁氧体形式和焊接到铜引线在其两端。它有几层保护:绕组上的透明清漆,焊点周围的浅绿色涂层,以及醒目的绿色外层涂层,以保护整个组件,并为表示其电感值的彩色条纹提供表面。

电源变压器

一组剪断电线的照片
电路板上黄色元件的照片。

这种变压器有多组绕组,用于电源,从一个交流输入(如墙壁插座)产生多个输出交流电压。

靠近中心的小导线是磁铁线的“高阻抗”匝。这些绕组的电压较高,但电流较低。它们被几层胶带、铜箔静电屏蔽和更多胶带保护着。

外层的“低阻抗”绕组采用较厚的绝缘电线和较少的匝数。它们能处理较低的电压但较高的电流。

所有的线圈都缠绕在一个黑色的塑料筒子上。两块铁氧体陶瓷粘在一起,形成变压器中心的磁芯。

本文刊登在2023年2月的印刷版上。

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