The FlatFlap is an incredibly thin and innovative actuator that brings motion to your projects in a compact form factor. To understand how it works, let's dive into its unique design and the principles behind its operation.
In this tutorial we will explain:
What is a FlatFlap?
It's Flat and its a Flap ~ the FlatFlap is an actuator made from a flexible PCB (printed circuit board) and aluminum stiffeners, folded together to create a low-force flapping motion. It’s magnetic system converts electrical energy into mechanical movement.
How Does It Work?
The FlatFlap features a thin 10mm N52 neodymium magnet on its back, which interacts with the planar copper coil embedded within the flexible PCB. When an electric current passes through the coil, it generates a small magnetic field that either attracts or repels the magnet, causing the flap to move. By alternating the direction of the current, you can control the flapping motion of the actuator. Applying a square wave signal makes the FlatFlap flap continuously, with speeds of up to 25Hz. For smooth organic motions, we will explore the DriveCell PWM library.
Installing FlatFlap
The FlatFlap design makes it easy to install. It comes with a peelable adhesive back and optional M1.2 screws (included) for added security, ensuring that it stays firmly attached to any surface, whether smooth or textured. The adhesive is 3M467, which provides a strong bond but can be removed with tweezers if needed.
Getting Your FlatFlap Moving
If you purchased the FlatFlap as a stand-alone actuator, you can start by pulling one of its pins to 5V and the other to ground, then switch them around. In one instance, the flap will be repelled, and in the other, it will be attracted. You can connect it to your own transistors or H-bridge module to switch these pins automatically. However, to make it even easier, you can purchase the FlatFlap directly soldered to our tiny DriveCell module. The DriveCell is a compact, pin-to-pin compatible H-bridge driver that simplifies the process of controlling actuators like the FlatFlap. Its open-source Arduino software library makes actuator control easy, especially for beginners, by providing straightforward software functions and easy-to-follow examples.
For an in-depth guide on the DriveCell Software Library, check out this article. But here’s a quick recap of how you can use its functions to enhance the FlatFlap actuation. Don’t worry, it’s quite simple! Start by downloading the "DriveCell" library from Arduino's Library Manager. Once installed, you’ll be ready to control your device. Before we start, make sure you connect the DriveCell to your microcontroller. We recommend using a CodeCell, which is pin-to-pin compatible, supports all the library functions, and can add wireless control and interactive sensing to your FlatFlap.
1. Init()
First we need a basic setup code to get you started:
#include <DriveCell.h> // This line includes the DriveCell library
DriveCell myFlatFlap(IN1, IN2); // Replace IN1 and IN2 with your specific pins
void setup() {
myFlatFlap.Init(); // Initializes your DriveCell connected to a FlatFlap
}
This code gives the name 'myFlatFlap' to your DriveCell and tells it to start up and initialize all the necessary peripherals.
2. Pulse(bool direction, uint8_t ms_duration)
This function sends a brief burst of power to the FlatFlap in a specified polarity. This quick energizing and de-energizing can cause a short, sharp movement of the FlatFlap, depending on the polarity.
myFlatFlap.Pulse(1, 10); // Sends a short burst for 10 milliseconds in the specified direction2. Buzz(uint16_t us_buzz)
This function makes the FlatFlap vibrate like a buzzer, which is useful for creating audible feedback.
myFlatFlap.Buzz(100); // Makes the FlatFlap buzz with a 100 microsecond pulses
3. Tone()
The Tone function makes the FlatFlap play a tone. This can be used for audible feedback or creative applications where sound is part of the interaction.
myFlatFlap.Tone(); // Plays a tone by varying the frequency
4. Toggle(uint8_t power_percent)
This function switches the FlatFlap direction, which can be useful for creating a rapid flapping movement or reversing direction quickly in your code.
myFlatFlap.Toggle(100); // Toggles direction at 100% power5. Run(bool smooth, uint8_t power_percent, uint16_t flip_speed_ms)
This function allows you to continuously flip the polarity of the FlatFlap and control its motion speed and smoothness. If smooth is set to true, the flapping will be less sharp and smoothed, which is ideal for slower, controlled movements.
myFlatFlap.Run(true, 50, 1000); // Runs the FlatFlap smoothly at 50% power, flipping every 1000 milliseconds6. Drive(bool direction, uint8_t power_percent)
This function lets you control the FlatFlap polarity and angular position of the flap by adjusting the power level, basically adjusting how strong the magnetic pull or push is.
myFlatFlap.Drive(true, 75); // Moves the FlatFlap forward at 75% power
Here's an example where we configure two FlatFlaps and flap them at different speeds:
#include <DriveCell.h>
#define IN1_pin1 2
#define IN1_pin2 3
#define IN2_pin1 5
#define IN2_pin2 6
DriveCell FlatFlap1(IN1_pin1, IN1_pin2);
DriveCell FlatFlap2(IN2_pin1, IN2_pin2);
uint16_t flap_counter = 0;
void setup() {
FlatFlap1.Init();
FlatFlap2.Init();
FlatFlap1.Tone();
FlatFlap2.Tone();
}
void loop() {
delay(1);
flap_counter++;
if (flap_counter < 2000U) {
FlatFlap1.Run(0, 100, 100);
FlatFlap2.Run(0, 100, 100);
}
else if (flap_counter < 8000U) {
FlatFlap1.Run(1, 100, 1000);
FlatFlap2.Run(1, 100, 1000);
} else {
flap_counter = 0U;
FlatFlap1.Drive(0, 100);
FlatFlap2.Drive(1, 100);
delay(500);
FlatFlap1.Drive(1, 100);
FlatFlap2.Drive(1, 100);
delay(500);
FlatFlap1.Drive(1, 100);
FlatFlap2.Drive(0, 100);
delay(500);
FlatFlap1.Drive(1, 100);
FlatFlap2.Drive(1, 100);
delay(500);
FlatFlap1.Drive(0, 100);
FlatFlap2.Drive(0, 100);
delay(500);
FlatFlap1.Drive(1, 100);
FlatFlap2.Drive(1, 100);
delay(500);
FlatFlap1.Tone();
FlatFlap2.Tone();
}
}
Combining with CodeCell Sensors
To make it even more interactive you can combine the FlatFlap and DriveCell with the tiny CodeCell Sensor Module. CodeCell is pin-to-pin compatible with DriveCell, supports all library functions, and adds wireless control and interactive sensing to your project. This allows you to create more advanced, responsive elements with your FlatFlap actuators.
With this next example the CodeCell controls two FlatFlap that stops flapping when proximity is detected. Their angle gets adjusted dynamically based on how close your hands gets.
#include <CodeCell.h>
#include <DriveCell.h>
#define IN1_pin1 2
#define IN1_pin2 3
#define IN2_pin1 5
#define IN2_pin2 6
DriveCell FlatFlap1(IN1_pin1, IN1_pin2);
DriveCell FlatFlap2(IN2_pin1, IN2_pin2);
CodeCell myCodeCell;
void setup() {
Serial.begin(115200); /* Set Serial baud rate to 115200. Ensure Tools/USB_CDC_On_Boot is enabled if using Serial. */
myCodeCell.Init(LIGHT); /*Initializes Light Sensing*/
FlatFlap1.Init();
FlatFlap2.Init();
FlatFlap1.Tone();
FlatFlap2.Tone();
}
void loop() {
if (myCodeCell.Run()) {
/*Runs every 100ms*/
uint16_t proximity = myCodeCell.Light_ProximityRead();
Serial.println(proximity);
if (proximity < 100) {
FlatFlap1.Run(1, 100, 400);
FlatFlap2.Run(1, 100, 400);
} else {
proximity = proximity - 100;
proximity = proximity / 10;
if (proximity > 100) {
proximity = 100;
}
FlatFlap1.Drive(0, (proximity));
FlatFlap2.Drive(0, (proximity));
}
}
}
Feel free to tweak the code with your own creative ideas, or add motion sensing for a new reaction! With FlatFlap, you can bring your creative projects to life with motion in a sleek, compact package. Whether you're adding dynamic elements to art, experimenting with robotics, or developing interactive mechanical displays, the FlatFlap provides a versatile and easy-to-use solution. Get started today with our Arduino libraries! If you have any more question about the FlatFlap feel free to email us and we will gladly help out!
Der FlatFlap ist ein unglaublich dünner und innovativer Aktuator, der in einem kompakten Formfaktor Bewegung in Ihre Projekte bringt. Um zu verstehen, wie er funktioniert, tauchen wir in das einzigartige Design und die Prinzipien hinter seiner Funktionsweise ein.
Die Struktur
Die FlatFlap besteht aus einer flexiblen Leiterplatte und Aluminiumversteifungen. Diese Komponenten werden sorgfältig zusammengefaltet, um den Aktuator zu bilden.
Die flexible Leiterplatte dient als Grundlage des Aktuators. Im Gegensatz zu starren Leiterplatten kann sich die flexible Version biegen und verdrehen, ohne zu brechen, was für die Erzeugung der Schlagbewegung unerlässlich ist. Die Flexibilität der Leiterplatte ermöglicht es der FlatFlap, sich frei zu bewegen und gleichzeitig ihre strukturelle Integrität beizubehalten.
Die Aluminiumversteifungen bieten die nötige Stabilität, um den Magneten zu halten, der die Schlagbewegung steuert, und stellen sicher, dass die Bewegung sowohl präzise als auch gleichmäßig ist.
Das magnetische System
Die FlatFlap wird von einem intelligenten Magnetsystem angetrieben, das elektrische Energie in mechanische Bewegung umwandelt. Dieses System besteht aus einem Magneten auf der Rückseite des Aktuators und einer planaren Kupferspule, die in die flexible Leiterplatte eingebettet ist.
An der Rückseite des FlatFlap ist ein 10 mm N52 Neodym-Magnet angebracht. Dieser Magnet spielt eine entscheidende Rolle bei der Funktion des Aktuators, da er mit dem von der Kupferspule erzeugten Magnetfeld interagiert. Diese Spule befindet sich innerhalb der flexiblen Leiterplatte und ist für die Erzeugung des Magnetfelds verantwortlich, wenn ein elektrischer Strom durch sie hindurchfließt. Die Schlagbewegung wird dadurch erreicht, dass der Strom in verschiedene Richtungen durch die Kupferspule pulsiert.
Je nach Stromrichtung interagiert dieses Magnetfeld mit dem Magneten auf der Rückseite der FlatFlap. Durch Änderung der Stromrichtung kann das Magnetfeld den Magneten entweder anziehen oder abstoßen, wodurch sich die Klappe bewegt. Die Spannung kann auch über PWM variiert werden, um den Abstand der Spule zum Magneten zu steuern.
Durch schnelles Pulsieren des Stroms in verschiedene Richtungen, wodurch eine Rechteckwelle entsteht, kann die FlatFlap eine kontinuierliche Schlagbewegung erzeugen. Die Geschwindigkeit und Frequenz dieser Bewegung können durch Anpassen der Pulsrate des Stroms gesteuert werden. In der optimalen Konfiguration kann die FlatFlap eine Geschwindigkeit von bis zu 25 Hz erreichen und so eine schnelle und reaktionsschnelle Bewegung erzeugen.
Einfache Befestigung und sichere Installation
Dank der abziehbaren Kleberückseite und optionalen Schrauben ist die Installation des FlatFlap ein Kinderspiel. Der Kleber sorgt für eine starke Verbindung, die den Aktuator sicher an Ort und Stelle hält, während die Schrauben bei Bedarf eine zusätzliche Sicherheitsebene bieten. Diese doppelte Installationsmethode gewährleistet einwandfreie Haftung, egal ob Sie den FlatFlap an einer glatten oder einer strukturierteren Oberfläche anbringen.
Ultradünnes und kompaktes Design
Eines der herausragenden Merkmale der FlatFlap ist ihr unglaublich schlankes Profil. Mit einer nur 0,3 mm dünnen Klappe und einem nur 2,6 mm großen Aktuator lässt sich dieses schlanke Design nahtlos in jede flache Oberfläche integrieren. Sein niedriges Profil stellt sicher, dass es die Ästhetik Ihres Projekts nicht beeinträchtigt, und macht es ideal für Anwendungen mit begrenztem Platzangebot.
FlatFlap eignet sich perfekt für eine Vielzahl von Anwendungen. Es eignet sich besonders gut zum Erstellen kinetischer Skulpturen und zum Experimentieren mit Robotik. Seine Fähigkeit, leichten Objekten wie dünnem 3D-gedrucktem Kunststoff oder Origami-Papier auffällige Bewegung zu verleihen, eröffnet eine Welt kreativer Möglichkeiten.
