基礎電子工学をホタル作りで学ぶ

• 電子工学をまったく知らない状態で、ホタルをまねる回路を作ることで基礎を学ぶ物語
• Astable Multivibratorのような最小構成の回路で、LEDの点滅を実装する方法を探る
• 夜のみ動作し、点滅速度が遅い特性を得るため、LDRや可変抵抗などさまざまな部品の使用経験を積む
• 失敗と故障、そして直接実験を通じて得た気づきを生き生きと共有する
• 新しいものに挑戦して得る没入感と楽しさの意義を改めて認識する

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概要

電子工学に関する知識が全くない状態で、消えたホタルを恋しく思っていた筆者が、直接ホタルをまねた照明を作ってみることを決意したところから始まった。この記事は成功と失敗、試行錯誤を率直に記録した実体験談である。目標は基礎電子工学の学習であると同時に、独自に動作する「ホタル」を作ることだった。

初期試行と回路構成

• Astable Multivibratorという回路がLEDを自動的に点灯・消灯させることを知る
• 電圧と電流の違いすら分からない状態で、抵抗、コンデンサ、トランジスタなど各部品の基本原理を一つずつ身に付ける
• AIチャットボットやYouTubeなどで最小限の理論知識を得て、部品店で直接部品を購入し、最初の回路を組み立てる
• 驚くべきことに、最初の試行でLEDが正常に点滅する姿を確認した

改善および高度化の過程

• フィードバック工程で発見された問題点
  • 24時間ずっとLEDが点滅すること
  • 点滅速度が実際のホタルよりも速すぎること
• 夜間だけ動作するようにするため、**LDR（ライトデペンデントレジスタ）**の概念を導入
  • LDRを回路に接続し、暗いときだけLEDが点灯するように成功
  • 追加抵抗を直列に挿入することで、光に対する感度まで調整できることを発見
• 点滅速度を調整するために**ポテンショメータ（可変抵抗）**を使用
  • 簡単に抵抗値を調整し、LEDの点滅周期を1～5秒に調整
  • コンデンサ値も実験的に変更して最適化を進める
• 実験工程の反復効率を高めるため、直接Astable Delayシミュレータをウェブで開発し活用
  • 予測される点滅周期と実回路の結果を比較

電力管理および検証

• 回路の電力消費をマルチメーターで実測
  • 小容量コンデンサと高抵抗の組み合わせがバッテリー寿命に有利であることを確認
  • 自作したBattery Life Calculatorで予想バッテリー寿命を約8か月と計算

試行錯誤と解決プロセス

• 問題（Incident）#1: ジャンパーワイヤーの問題
  • 突然回路が動作しなくなったため部品を1つずつ点検したところ、ジャンパーワイヤーの接触不良と高抵抗が原因であることが判明
  • その後、“hookup wire”に交換して信頼性を確保
• 問題（Incident）#2: シミュレータ使用失敗
  • tinkercad.comおよびfalstad.comなどで実回路シミュレーションを試みたが、複雑な回路では作動しないことを経験
  • 一部のオンラインシミュレータが複雑なアナログ回路に対して不完全であることを認識
• 問題（Incident）#3: はんだ付け時の煙
  • はんだ付け工程で発生する煙が呼吸に影響を与えることを実感
  • 中古CPUのクーラーファンと12Vアダプターを活用し、簡易吸煙機（排気装置）として代用
• 問題（Incident）#4: 部品の再利用
  • 夜間に追加コンデンサが必要になり、廃棄された電源回路基板から直接部品を取り出して再利用した経験
• 問題（Incident）#5: 実際のホタルテスト
  • 完成した回路を暗い部屋で観察し、実際のホタルを模倣することに成功

ハードウェアの完成と多様な形状の制作

• 回路の仕上げと設置のためにホットグルー、安価な3Dペンなどを活用し、動作が安定したスタンドとハウジングを制作
• ブレッドボード、デッドバグ方式など、さまざまな形で合計5個の「ホタル」を制作し屋外に設置
• 夜に複数の光が闇の中で点滅する様子を見て、深い満足感と誇らしさを感じた

振り返りと所感

• このプロジェクトを通して、新しいことに挑戦する真の没入感と成長の楽しさをもう一度体験
• 以前のプログラミング言語入門時の高揚感に似た胸の高鳴りを感じた
• 将来はさらに長く、賢く光るホタルを作りたいという意欲が湧いた
• 最終的に、学びながら作りながらぶつかる過程そのものが最も意味深いことを実感

まとめ

• 電子工学を実践プロジェクトとして始めた経験は、失敗と試行錯誤の両方が貴重な学びの一部であることを教えてくれた
• ホタル回路は、動作・実験・創造的改善などを通じてエンジニアリング・マインドセットを育てる優れた入門プロジェクトである
• この旅はまだ続く予定である