Lab401 acaba de lanzar su dispositivo DigiLab, una "varita mágica" para manipular la electrónica del Flipper Zero.

Al igual que en el caso del accesorio Lab401 LightMessenger, vamos a descorrer el telón de la "fabricación", profundizando en cada paso, desde la concepción hasta la distribución.

Esta es la tercera parte de nuestra serie "Fabricación de productos con Lab401".

• En la Parte 1, hablamos de nuestro enfoque y metodología para crear, fabricar y lanzar productos.
• En la Parte 2, compartimos el proceso de fabricación del LightMessenger.

Si estás interesado en la fabricación de productos electrónicos, o en ver lo que hay detrás del lanzamiento de un producto, ¡echa un vistazo a estos artículos!

Muchas gracias a @tixlegeek, el ingeniero que está detrás del proyecto.

¿Qué es el DigiLab?

El DigiLab es un dispositivo que se acopla a la Flipper Zero. Es una multiherramienta electrónica que permite a los usuarios analizar y explorar señales eléctricas de baja potencia: Puede detectar diferentes aspectos de las señales y traducirlos en retroalimentación cinética "en tiempo real": audio, luz, vibración, etc.

También permite detectar, identificar y manipular directamente dispositivos I²C y SPI de forma sencilla e intuitiva.

En esencia, se trata de una "sonda mágica" que procesa y divide la señal, combinada con una aplicación de alto nivel que lo muestra todo.

No pretende sustituir a las herramientas de precisión dedicadas: pretende ser una nariz digital para la electrónica, la primera herramienta a la que recurres cuando estás explorando la electrónica.

¿Sabes que algunas tareas "sencillas" son en realidad muy difíciles? Por ejemplo: ¿Es CAN_HI o CAN_LO? ¿Hay una señal en esta línea? ¿Esto es 9600 baudios o 38400 baudios? o ¿Por qué no puedo simplemente leer los registros de un módulo de temperatura sin programar un maldito Arduino y pelearme con el "mejorado" IDE de Arduino?

El DigiLab resuelve todos esos problemas, de una forma realmente limpia, única e intuitiva.

Paso 0: ¿Qué vamos a construir?

Inicialmente, empezamos con una sesión de brainstorming. El LightMessenger nos había permitido conocer las arquitecturas de hardware, software y API del Flipper, y estábamos preparados para crear un dispositivo que llevara más allá el hardware del Flipper.

Una de las razones clave por las que la Flipper Zero se ha hecho tan popular es su versatilidad. No se diseñó para ser el mejor en todas las tareas: hay otras herramientas mejores para casi todas las funciones: RFID, RF, SDR, etc.). Se diseñó para ser versátil: hacer un poco de todo.

Queríamos seguir la misma lógica de diseño con el DigiLab y construir una herramienta versátil para los aficionados a la electrónica. La idea era sencilla: una varita mágica para la electrónica digital. Queríamos aprovechar los puntos fuertes de la Flipper y un circuito personalizado que transformara la Flipper en la herramienta a la que primero recurrieras cuando quisieras experimentar con la electrónica.

En palabras de tixlegeek:"Como aficionado a la electrónica, intenté imaginarme la herramienta que me gustaría tener sobre el terreno: algo que me proporcionara información rápida sin necesidad de un osciloscopio ni de un equipo voluminoso. De ahí surgió el concepto de "varita mágica"".

No pretendíamos sustituir a equipos más caros, sino crear una herramienta versátil que permitiera realizar la mayoría de las tareas necesarias sin tener que sacar el osciloscopio, el BusPirate, etc.

Diseño

Al igual que con productos anteriores, teníamos que tener en cuenta varios factores limitantes. Con el LightMessenger, tuvimos que trabajar con limitaciones físicas, presupuestarias y logísticas que condicionarían nuestras decisiones técnicas. Con el DigiLab, también añadimos limitaciones técnicas: lo que intentábamos hacer llevaría al hardware del Flipper hasta sus límites.

En definitiva:

• Retos técnicos La electrónica sería más complicada. Queríamos poder ver y procesar frecuencias en "tiempo real", y también realizar heterodinación "en tiempo real" (convertir una frecuencia en otra, para que los usuarios pudieran escuchar frecuencias en sus circuitos y verlas en la pantalla). Tenía que soportar tensiones de hasta 12V de forma segura (sin poner en peligro los puertos GPIO del Flipper), y también tenía que tener una interfaz bastante compleja.

• Robustez mecánica
  El complemento será utilizado por personas reales, con manos grandes y un uso a veces poco delicado. Por lo tanto, necesitábamos diseñar un módulo robusto, especialmente teniendo en cuenta las limitaciones GPIO del puerto externo del Flipper Zero.

• Desarrollo
  El código debe ser claro y accesible para que cualquiera pueda entenderlo y contribuir.

• Producción
  Todos los elementos deben poder fabricarse fácilmente con componentes de fácil acceso.

• Coste
  El planteamiento ha sido sencillo y eficaz. Priorizamos lo necesario para garantizar que el producto final esté disponible a un precio razonable.

• Estética
  A menudo se pasa por alto la estética, pero contribuye significativamente a la experiencia del usuario. Queríamos seguir con la misma estética de diseño divertido y de opinión que en ocasiones anteriores, al tiempo que nos asegurábamos de que fuera ergonómico.

Prototipos y dirección

De tixlegeek:

Empecé haciendo bocetos y jugueteando con modelos de cartón para tener una mejor idea de la herramienta:

Paralelamente, encargué un prototipo de placa de circuito impreso. El objetivo era validar la electrónica y los componentes, y ver cómo encajaba todo.

Al principio me planteé utilizar un ESP32 para gestionar las señales y proporcionar información a través de Internet. Pero después de hablarlo con el equipo, nos dimos cuenta de que ese no era el verdadero objetivo del proyecto, así que descartamos la idea.

Si el dispositivo fuera autónomo, podría resultar algo contraproducente. En el producto final, el Flipper Zero se encarga directamente de todo.

Conexiones, sondas y problemas.

He trabajado con una gran variedad de herramientas, cada una con su propio conjunto de accesorios, algunos más estándar que otros. Cuando se trata de conectar sondas a una placa de circuito impreso, hay formas buenas y malas de hacerlo, pero en la práctica a menudo se convierte en una pesadilla de enchufes, tomas de corriente y conectores desajustados.

Queríamos encontrar un término medio entre precio, practicidad y robustez. Tampoco queríamos dictar al usuario cómo debía utilizar la herramienta, así que queríamos mantener las cosas lo más abiertas posible.

Recorrimos un largo camino para encontrar la mejor manera de que DigiLab fuera práctico y, al mismo tiempo, barato. Llegamos a probar con conectores banana, pero resultaban demasiado voluminosos.

Mientras lo discutíamos con el equipo, llegamos al acuerdo de que SMA era la mejor opción: es pequeño, común y cumple todos los requisitos mecánicos. Pasamos mucho tiempo investigando en los mercados de materias primas en busca de un producto existente, pero no encontramos nada.

$34 por esto... si eres fabricante de cables... ¡hay un mercado abierto aquí!

Si utilizamos SMA como elemento limitador: el producto más cercano que encontramos costaba ~$34 por cable - muy lejos de nuestro rango de precios. Si éramos flexibles con el conector, había miles de cables multimétricos disponibles, pero todos con voluminosos conectores banana. De hecho, hicimos funcionar un prototipo con conectores banana. Según nuestras pruebas, no sólo eran feos, sino que añadían una enorme palanca mecánica a una delicada placa de circuito impreso. A la larga, acabarían destruyendo la placa.

Al final, optamos por la vía personalizada: las ventajas eran que podíamos crear las sondas exactamente como las queríamos (compactas, bonitas, útiles) y utilizar el conector SMA. Naturalmente, eso significaba que teníamos que fabricar herramientas para las sondas y cables a medida, pero estamos contentos con el resultado y nos alegramos de no haber cedido en este aspecto.

La única parte que no cambió entre el prototipo y el producto final fue la punta de la sonda. Permite a los usuarios (literalmente) hurgar en un circuito, al estilo de un sensor de lápiz, si lo desean. Al mismo tiempo, es desmontable, por lo que se puede encajar un cable como soporte, dando al usuario la libertad de decidir exactamente lo que necesita, o eliminarlo por completo. Si el usuario conecta las sondas, puede utilizar el dispositivo en modo "sobremesa" o "laboratorio".

Al final, creemos que hemos dado con una solución elegante en su sencillez.

Diseño estético

De tixlegeek:

Cuando empecé a trabajar en el diseño gráfico de este producto, ya sabía la historia que quería contar. El LightMessenger había marcado la pauta, y el DigiLab tenía que seguir ese camino. Tenía una visión clara: un niño con un colador en la cabeza, empuñando una pistola de señales improvisada para defenderse de los alienígenas. Piensa en el comandante Keen mezclado con El corazón de las tinieblas, en el sombrío mundo de una distopía de la información.

Esbocé un montón de conceptos y los convertí en ilustraciones, algunas de las cuales acabaron en la caja de cartón del DigiLab.

Prototipos listos para la producción

Después de semanas (y muchas iteraciones), por fin teníamos un hardware que funcionaba, un factor de forma sólido y un producto del que estábamos orgullosos. Fue emocionante, pero en realidad no era más que un tercio de la historia. El hardware por sí solo no significa nada sin el software y, además, había que resolver las pruebas de producción.

Realizamos prototipos rápidos de PCB a través de JLCPCB.

El código

Al principio, el código era una pesadilla: buscaba la forma más rápida y fiable de muestrear y mostrar las señales. En realidad, el Digilab divide las señales sondeadas en dos partes: una representación analógica de baja frecuencia y una representación limpia de las oscilaciones en torno a 0 V. La idea era medir frecuencias y voltajes y dejar que el software calculara algunas métricas útiles.

Acabé escribiendo un software a medida para ello, utilizando memorias cíclicas, análisis estadístico y un poco de "magia" para que todo encajara. Dadas las limitaciones de hardware del Flipper Zero, estoy muy contento con el resultado. De todo esto surgieron varias herramientas, cada una con escenas claras y prácticas, de modo que el usuario apenas tiene que pensar en lo que está ocurriendo en segundo plano.

Para I²C y SPI, hay un sistema de detección de componentes basado en bases de datos que utiliza múltiples técnicas para adivinar qué tipo de dispositivo se está sondeando. La aplicación I²C en particular incluye un pequeño editor hexadecimal del que estoy especialmente orgulloso; creo que va a ser realmente útil.

Por último, las herramientas Scope y Probe sacan el máximo partido al hardware y ofrecen al usuario opciones flexibles para ajustar la respuesta cinética a su gusto.

Probando

Al igual que con el LightMessenger, queríamos realizar pruebas de PCB automatizadas al 100%. Esto significa que cada PCB se somete a una serie de pruebas que debe superar. Para ello es necesario diseñar y construir el hardware de pruebas (llamado "plantilla"), y también el software de pruebas.

Naturalmente, esto implica "más trabajo", y puede ser tentador optar por la inspección visual únicamente, para ganar algo de tiempo o recortar gastos. Algunas fábricas de PCBA incluso insisten en la inspección visual.

Sin embargo, la razón por la que el 100% de las pruebas es importante es el cambio de responsabilidad. Imaginemos que opta por la inspección visual. Los PCBA se completan, se integran en un producto final, se empaquetan y se envían a su almacén. Tal vez envíe unidades a sus distribuidores y, finalmente, lance el producto.

Llegas al final del ciclo de producción y te sientes aliviado. De repente, recibes comentarios de los clientes. El dispositivo falla en una situación concreta. Coges un producto del almacén y ves que un componente se soldó al revés durante la producción.

Llamas a la fábrica y te quejas. Le dicen que ha pasado la inspección visual y usted acepta los productos. La responsabilidad de resolver el problema ha pasado de la fábrica a usted, e incluso a sus clientes. Resolver este problema es increíblemente caro, en términos de tiempo, dinero y reputación del cliente.

Si las placas de circuito impreso se hubieran sometido a pruebas electrónicas, el fallo se habría detectado y la responsabilidad de resolver el problema se habría trasladado a la fábrica de placas de circuito impreso.

Si se dedica a la fabricación, invierta tiempo en pruebas adecuadas.

Para el DigiLab, construimos una plantilla de pruebas basada en el CH32V003 que comprueba todas las funcionalidades y proporciona al fabricante información sencilla y fácil de entender. Hubo que hacer algunos ajustes y definir un procedimiento claro paso a paso para asegurarnos de que encajaba perfectamente en el proceso de fabricación.

Aquí tienes algunas fotos de la plantilla de pruebas:

Soldé puntos de prueba para emular las clavijas pogo y corregí varios errores que había cometido en la primera iteración.

Después, nuestro fabricante lo integró en el banco de pruebas, con hardware hecho a medida:

Embalaje

Preferimos utilizar un embalaje sencillo:

• Cartón sin blanquear ni revestir, para minimizar nuestra huella de productos químicos nocivos.
• Tintas a base de soja, para minimizar el impacto ambiental
• Inserciones de espuma sencillas (sin cortes a medida, etc.) para minimizar costes.

Creemos que de este modo conseguimos un equilibrio entre nuestros compromisos éticos y la agradable experiencia de desembalaje para el cliente. Además, somos honestos con los clientes: no pagan por algo que van a tirar.

Con el LightMessenger habíamos aprendido que unos centímetros de más en el embalaje acaban traduciéndose en palés de más en la entrega, y queríamos evitar ese problema con el DigiLab.

Así que optamos por una caja mucho más delgada. Experimentamos con distintas configuraciones de espuma sin recortes, pero no encontramos una forma satisfactoria de presentar el dispositivo, las sondas y el punto de sonda. Sin recortes, las cosas flotaban alrededor de la caja. Con varias capas de espuma sin cortar, los usuarios podían abrir la caja y pensar que les faltaban piezas. Al final, utilizamos dos capas, con un corte "inteligente", de modo que al abrir la caja se veían las sondas por debajo.

Nuestra caja.

Conclusión

El DigiLab es un poco difícil de describir: ofrece una forma única de "sentir" los circuitos, aprovechando la luz, el sonido y las vibraciones. Cuando lo tienes en tus manos en el dispositivo o lo ves en acción, de repente todo encaja.

Tareas que antes eran difíciles o un poco incómodas de probar (especialmente cosas como: ¿Es CAN_HI o CAN_LO? ¿Hay señal en esta línea? ¿Es 9600 baudios o 38400 baudios?) - son posibles "mágicamente".

Irónicamente, nos sorprendió lo útil que es el dispositivo. Durante nuestras pruebas, descubrimos cada vez más casos de uso de la herramienta, y nos hemos encontrado recurriendo a ella con frecuencia para las tareas cotidianas.

Una de las sorpresas favoritas es el explorador I2C. En teoría, la manipulación de I2C es "fácil" o un "problema resuelto": se conecta el módulo a una plataforma equipada con I2C y se interactúa con él. En realidad, esto significa escribir código en un Arduino, o pelearse con controladores en la Raspberry PI. No es intuitivo. Con el DigiLab, detecta e identifica el dispositivo inmediatamente, y puedes hurgar directamente en los registros de un módulo. Cuando ves lo fácil que puede ser, de repente todas las demás formas parecen increíblemente torpes.

Estamos muy orgullosos de DigiLab. Hemos creado un accesorio de calidad y de código abierto para la Flipper Zero que resuelve problemas comunes de una forma única, y esperamos que sea utilizado a diario por los aficionados a la electrónica de todo el mundo.

Si está interesado en conocer el producto final, el DigiLab, estaremos encantados.

El dispositivo es de código abierto; consulta el código en GitHub.

Muchas gracias a

Lab401 y tixlegeek.