Описание: Энтузиаст создал компьютер, работающий от двигателя Стирлинга, нагреваемого открытым пламенем. Устройство запускает игры и выполняет программы при мощности всего 150 мВт.

Разработчик под ником PickentCode собрал необычный компьютер, который работает без электросети, аккумулятора и солнечной батареи. Вместо этого устройство питается от двигателя Стирлинга, который нагревается открытым пламенем. Благодаря мощности всего 150 мВт миниатюрный компьютер способен запускать игры, исполнять программы и позволяет пользователю писать код на встроенной клавиатуре.

Принцип работы двигателя Стирлинга основан на разнице температур. Шотландский изобретатель Роберт Стирлинг создал эту конструкцию и получил на неё патент в 1816 году. В герметичном цилиндре один конец нагревается, газ внутри расширяется и сжимается в зависимости от изменения температуры. Создаваемое давление приводит в движение поршень, который раскручивает маховик. Небольшой электрический генератор преобразует это вращение в электричество. В отличие от двигателей внутреннего сгорания, топливо в этом устройстве не воспламеняется внутри цилиндра.

PickentCode потратил примерно месяц на проектирование, создание и программирование устройства. Сначала он создал трёхмерную модель в программе Blender, чтобы правильно расположить двигатель, дисплей, клавиатуру и органы управления. Затем был изготовлен деревянный корпус. Боковые части украшены с помощью самодельного лазерного гравера: на древесине выгравирован портрет Роберта Стирлинга и копия схемы из патента 1816 года. Корпусы электронных компонентов, мелкие детали и колпачки для клавиш были напечатаны на 3D-принтере. Декоративные трубочки автор создал из старых душевых шлангов и покрасил их в золотистый цвет.

Основу вычислительной системы составляет микроконтроллер ESP32-C3. К нему подключены монохромный OLED-дисплей размером 2,42 дюйма с разрешением 128 × 64 пикселя и клавиатура из 16 кнопок. Поскольку генератор вырабатывает нестабильное напряжение, в электрическую цепь добавили конденсаторы, которые выравнивают его колебания.

На передней панели установлен аналоговый вольтметр для контроля напряжения, подключённый параллельно цепи. Рядом находятся два переключателя: первый включает основную электронику, второй подаёт питание на вольтметр. Пока пламя разогревает двигатель, пользователь одновременно наблюдает вращение маховика и может видеть показания напряжения на приборе.

Самое строгое ограничение проекта создаёт мощность генератора — всего 150 мВт или 0,15 Вт. Такой энергии недостаточно даже для большинства низкопотребляющих устройств, поэтому PickentCode минимизировал энергопотребление везде, где это было возможно. Функции Wi-Fi и Bluetooth полностью отключены, яркость OLED-экрана снижена до минимума, а частота работы процессора автоматически изменяется в зависимости от нагрузки.

При обновлении экрана и обработке команд клавиатуры ESP32-C3 функционирует на частоте до 80 МГц. Когда программа находится в основном цикле и не выполняет активные операции, частота снижается до 10 МГц. Такой подход экономит ограниченную энергию генератора во время простоев системы.

Программное обеспечение разработано на основе CHIP-8. Исторически CHIP-8 — это простой интерпретируемый язык программирования, программы для которого работают внутри виртуальной машины. Эта архитектура появилась в 1970-х годах и требует очень небольших вычислительных ресурсов, что идеально подходит для микроконтроллера с жёсткими ограничениями по энергопотреблению. В проекте PickentCode используется собственная реализация виртуальной машины CHIP-8.

В память устройства заранее загружены классические игры: Tetris, Snake и Pong. Микроконтроллер ESP32-C3 одновременно обрабатывает нажатия всех 16 кнопок клавиатуры, выполняет инструкции программы и выводит монохромное изображение на экран. Всей этой системе достаточно энергии, которую маленький генератор получает от вращения маховика.

Разработчик добавил также встроенный редактор кода. Пользователь может вводить коды операций CHIP-8 прямо через клавиатуру и тут же запускать написанную программу непосредственно на устройстве. Благодаря этому проект не ограничивается предварительно записанными играми: каждый может создавать собственные небольшие программы без необходимости подключения дополнительного компьютера.

Двигатели Стирлинга ранее уже использовались в компьютерных экспериментах, но раньше энергия преобразовывалась в противоположном направлении. В одном из таких проектов маленький двигатель получал тепловую энергию от высокопроизводительного процессора AMD Ryzen Threadripper 3970X. Разница температур заставляла механизм вращать маховик, который при температуре воздуха около 20 °C разгонялся примерно до 200 оборотов в минуту. Однако такая конструкция не стала полноценной заменой обычным системам охлаждения.

PickentCode применил двигатель Стирлинга как источник электрического питания. Пока сохраняется разница в температурах, маховик вращает генератор, и микроконтроллер получает необходимые 150 мВт для продолжения работы и выполнения программного кода.