Prototyping Lab「邊做邊學」，Arduino的運用實例

【第1章 開始打造「原型」】

想要什麼自己動手作吧！

>>20世紀到21世紀～「製造業」的演進

20世紀繼承了19世紀的工業革命，是「製造業」蓬勃發展的世紀。在商品大量生產、快速流通以及鼓勵消費的時代背景下，製造商得以採取低價策略進攻市場，而電視這類的家電與汽車也因此普及，同時過去只有軍方以及部分研究者能使用的特殊設備──「電腦」也變得平價而易購得，最終也讓人們能透過網路汲取種種所需的資訊。

不過為了滿足人們各種潛在的需求，製造商們開發出擁有多樣功能的設備，但也讓許多產品因此變得複雜而難以操作。產品之所以變得複雜，其一的原因在於組裝系統。與組裝硬體設備的系統不同的是，以微電腦為主要零件的組裝系統會因隨著內裝的軟體而具備不同的功能，這般的彈性的確可讓軟體發揮其最大的長處，但反面來看卻會讓組裝系統變得過於複雜。而且為了讓軟體充份地發揮功能，這些設備往往被組裝成終端使用者無法一窺究竟的黑盒子。舉例來說，在導入組裝系統之前，假設汽車故障了，也只需要打開內部的組件，就能找出故障之處，但現在搭載組裝系統的汽車，卻複雜到無法讓人看出故障的問題，以致於汽車在路上拋錨時，駕駛人也只能束手無策地待在原地等待救援。*1

可是明明多數的設備是自己花錢購得的，卻連打開外殼或是變更組裝設定都不行不是很奇怪嗎。因此也有人提出「The Maker’s Bill of Rights」(Maker 的權利典章) *2，對如此的不自由提出抗議。如果真能像這篇權利典章所說的一樣，實現「能輕鬆地打開外殼」、「能簡單地替換電池」、「隨附設備的電路圖」這類對製造商的要求，那麼不只方便了想修理壞掉設備的人，同時也提供了一些學習管道給一些想從現有設備裡學習的人。就事實而言，1980年代的電腦機殼簡單到可以輕鬆地打開，而且操作說明書的最後還附上電腦的電路圖，因此上述那些對製造商的要求並不奇怪*3。不過從最近的一些訴訟案件結果來看，我們發現法律的天秤往縮小製造商責任範圍的一端傾斜，而越來越多的低成本設備也變成無法拆解的黑盒子。

除了設備變成不可拆解的黑盒子之外，使用者的需求也如Chris Anderson提出的「長尾效應」*4一樣，逐漸被細分成不同的項目，因此不可能有某種商品能滿足所有人的需求，可是要替每一個使用者量身打造設備，又要降低製造成本簡直就是天方夜譚般的故事。話說回來，如果製造的是符合多數人需求的設備，那這樣的設備又只能得到不好不壞的評價，但如果製造的是符合所有人的設備，那這樣的設備又太複雜，而且也得賠上不少生產成本。最近的手機或是數位電視都是功能超強的設備，因此即便在複雜無比的內部構造外套上一層美麗的「外衣」，也無法解決前面提及的問題。

因此20世紀的「製造業」發展原理持續受到挑戰下，進入21世紀10年後的現在，仍存在著許多問題。相對於「製造業」的問題而言，1990後半開始蓬勃發展的網路世界指出了一條具有其他發展性的道路。

Flickr、YouTube、NICONICO動畫、部落格、Twitter這類讓使用者分享照片、動畫、文字內容的平台越來越多，而且提供物品製作方法的Instructables網站(http://www.instructable.com/)，也有50萬以上的使用者透過郵件訂閱，而且網站的內容還每天不斷地更新。

或許這對網路重度使用者而言，這類網路上的變化不過是稀鬆平常的事而己，但是仔細一想，這些都是十幾年前難以想像的事，而且到了21世紀之後，由使用者掀起的創新*5或是社群所創造的內容，其影響範圍不僅及於以位元(數位資訊的單小單位)構成的電腦世界，更影響了由原子(物質的最小單位)構成的現實世界。如果您持續關注Make：Japan的部落格，就會發現這些影響與改變其實與您的生活息息相關。

>>個人製造業的潮流

擔任MIT麻省理工學院(Massachusetts Institute of Technology)The Center for Bits and Atoms所長的Neil Gershenfeld在2005年出版了『FAB：The Coming Revolution on Your Desktop － from Personal Computers to Personal Fabrication』(桌面上的長期革命－從個人電腦邁向個人製造業)*6中提到：「想要的東西自己動手作的個人製造業時代即將來臨」的遠景。這本書除了教導讀者「How to Make(Almost) Anything」(「大部分」所有物品的製造方法)之外，同時也介紹世界各地的FAB Lab的活動。其中令人印象深刻的報導就是未曾受過程式設計與電路設計的學生，居然能開始製作自己想要的東西。

一旦消費者能自行製作想要的東西，將使大量生產、快速流通、鼓勵消費的製造業產生質變。大量生產時代的消費者只能從眾多商品裡挑選自己想要的東西，但一旦進入個人製造業時代，消費者將自行製作僅供個人使用的商品，或是視需要的人數決定商品的製造數量。

話雖如此，個人製造業時代來臨之前，仍得面臨許多有待克服的課題。能將位元轉換成原子的「印表機」如電射切割機與3D印表機的價格仍高不可攀之餘，這兩種機器所輸出的品質，仍無法與工業商品的品質比擬。不過就價格而言，這兩類機器有部分的價格已與電射印表機的價格差不多*7，而且有些機器的租用價格如與辦公室租用影印機的價格相同。而且隨著MakerBot Industries生產的3D印表機「CupCake CNC*8」問世，消費者只需花10萬日幣購買，就能自行生產所需的零件。就輸出的品質而言，十年前難以想像的輸出品質，到了今日也只需要1萬日幣以下的印表就能輕易達成，因此真是令人期待未來的技術將有多麼長足的進展。想必未來個人製造業的夢想也將實現。

同時間，軟硬體的開源碼也成了時代的潮流*9。20世紀末期才開始的軟體開源碼潮流之中，衍生出許多成功的例子，例如Linux與Firefox等等，都對社會大眾帶來了著實的影響，直到進入21世紀之後，開源碼潮流越發興盛，甚至連硬體都掀起開源碼的風潮。本書介紹的Arduino這類的工具套件，大部分都同時公開了硬體與軟體的原始碼。就適合大眾使用的商品而言，Chumby Industries生產的Chumby以及Bug Labs出品的BUG都受到眾人的關注。此外3D印表機與雷射切割器所使用的模組資料也公開了原始碼，而類似連接數位世界與現實世界的分享網站「Thingiverse(URL：http://www.thingiverse.com/)」也陸續出現。透過原始碼的公開，讓人們有機會製作比較簡易的軟硬體作品，也讓一些想製作同樣作品的人，能透過實際的資料學習。當硬體的原始碼公開，硬體就不再是藏著秘密的黑盒子，而是讓消費者有機會窺視其中一二的「玻璃盒」。

【第1章 開始打造「原型」】

想要什麼自己動手作吧！

>>20世紀到21世紀～「製造業」的演進

20世紀繼承了19世紀的工業革命，是「製造業」蓬勃發展的世紀。在商品大量生產、快速流通以及鼓勵消費的時代背景下，製造商得以採取低價策略進攻市場，而電視這類的家電與汽車也因此普及，同時過去只有軍方以及部分研究者能使用的特殊設備──「電腦」也變得平價而易購得，最終也讓人們能透過網路汲取種種所需的資訊。

不過為了滿足人們各種潛在的需求，製造商們開發出擁有多樣功能的設備，但也讓許多產品因此變得複雜而難以操作。產品之所以變得...

要將應用科技的一切教給大家並不容易，需要的是耐心、口條與幽默感。而且得細細觀察對方究竟學到了什麼。

小林 茂擁有上述所有的能力。我最尊敬小林老師的一點在於他不僅僅是一名優秀的技術人員，更是一名優秀的老師與作家。許多作家在解說某個觀念的時候，都要求讀者僅透過一個字眼就瞭解複雜的原理，但是小林老師透過不同的詞彙敘述內容。他讓複雜的工具變得好用，也開發了化繁為簡的framework。他總是注意到別人沒注意到的事，總是利用淺顯易懂的口吻訂正誤解。透過共事，我從老師身上學到溝通的方法。我對這本書期待已久，我想這本書在電子組裝、程式設計、互動性設計的技巧上，能助讀者們一臂之力。

紐約大學教授，Arduino開發組核心成員

Tom Igoe

要將應用科技的一切教給大家並不容易，需要的是耐心、口條與幽默感。而且得細細觀察對方究竟學到了什麼。

小林 茂擁有上述所有的能力。我最尊敬小林老師的一點在於他不僅僅是一名優秀的技術人員，更是一名優秀的老師與作家。許多作家在解說某個觀念的時候，都要求讀者僅透過一個字眼就瞭解複雜的原理，但是小林老師透過不同的詞彙敘述內容。他讓複雜的工具變得好用，也開發了化繁為簡的framework。他總是注意到別人沒注意到的事，總是利用淺顯易懂的口吻訂正誤解。透過共事，我從老師身上學到溝通的方法。我對這本書期待已久，我想這本書...

作品介紹

第Ⅰ部：簡介
第1章 開始打造「原型」
第2章 建構開發環境
第3章 電子線路的基礎知識與最初的一步
第4章 Arduino 實驗教學

第II部：運用實例
第5章 輸入
第6章 輸出
第7章 資料處理
第8章 進階實例

附錄
附錄A 問題處理
附錄B 參考資訊

作品介紹

第Ⅰ部：簡介
第1章 開始打造「原型」
第2章 建構開發環境
第3章 電子線路的基礎知識與最初的一步
第4章 Arduino 實驗教學

第II部：運用實例
第5章 輸入
第6章 輸出
第7章 資料處理
第8章 進階實例

附錄
附錄A 問題處理
附錄B 參考資訊