إنشاء قفل مغناطيسي قابل للبرمجة باستخدام تقنية التصوير

يعرض مشروع جديد إنشاء قفل خفي لا يُفتح إلا بإيماءة مغناطيسية قابلة للبرمجة. ويستخدم هذا القفل المبتكر قطعة التصوير المغناطيسي من SparkFun ومتحكم Teensy الدقيق، ما يوفر نهجاً فريداً للأمان المادي.

نشأت الفكرة من شغف المؤلف بالأقفال، مستلهماً من مذكرات ريتشارد فاينمان، حيث يروي تجاربه في فتح الأقفال خلال عمله في مشروع مانهاتن. وقد سعى المؤلف، الذي جمع أدوات locksport (رياضة فتح الأقفال) على مر السنين، إلى بناء قفل مثير للاهتمام خاص به.

يمكن اختراق الأقفال المغناطيسية التقليدية بسهولة بمجرد معرفة موقعها، إذ يستطيع أي مغناطيس قوي فتحها. ولتعزيز الأمان، فكّر المؤلف في تضمين قارئ RFID، لكنه اكتشف خياراً أكثر إثارة للاهتمام باستخدام قطعة التصوير المغناطيسي من SparkFun بسعر 100 دولار، والتي تتيح إيماءة سرية قابلة للبرمجة لفتح الآلية.

تضم قطعة التصوير المغناطيسي شبكة 8×8 من مستشعرات Hall-effect القادرة على اكتشاف مقدار المجالات المغناطيسية وقطبيتها. وتتواصل مع متحكم دقيق عبر واجهة SPI، وتبلغ عن القياسات بسرعة كافية لالتقاط حركة مغناطيس يُحرَّك عبر منطقة استشعارها.

إضافة إلى ذلك، أشار المؤلف إلى إمكانية تدريع القفل بصفائح نحاسية تعمل كقفص فاراداي لحجب إشارات RFID وغيرها من المجالات الكهرومغناطيسية، ما يعزز أمانه ضد الكشف.

اختيار المتحكم الدقيق

اختير Teensy 4.1 متحكماً دقيقاً لهذا المشروع بفضل قدراته الواسعة على الإدخال والإخراج، ومعالجه بسرعة 600 ميغاهرتز، وبطاقة SD المدمجة، وذلك بسعر مناسب يبلغ 32 دولاراً. وكان توصيل Teensy بقطعة التصوير المغناطيسي مباشراً، رغم خطأ في الطباعة الحريرية على اللوحة أخطأ في تحديد توصيلات SPI.

للتعرف على الإيماءات، طوّر المؤلف برنامجاً يسجل إيماءة القفل ويحفظها في ذاكرة Teensy غير المتطايرة. ويراقب هذا البرنامج أيضاً القطعة لتحديد ما إذا كانت الإيماءة المكتشفة حديثاً تطابق الإيماءة المحفوظة.

يدير الكود الرئيسي، الذي كتبه المؤلف، تشغيل النظام، بما في ذلك زر للدخول في وضع تسجيل الإيماءة ومؤشر LED للتغذية البصرية.

لعرض وظيفة القفل، أعاد المؤلف استخدام صندوق خشبي للحرف اليدوية، فأزال مزلاجه الموجود وبنى آلية باستخدام محرك سيرفو لتعشيق آلية القفل. ويتيح التصميم تثبيت قطعة التصوير المغناطيسي بشكل خفي داخل الصندوق، إلى جانب Teensy والمكونات الإلكترونية الأخرى.

لتسهيل إيماءة الفتح دون الكشف عن موقع القفل، أنشأ المؤلف نمط عقدة سلتيك على الصندوق، ليكون شبكة مرجعية للتمويه تتيح تنفيذ الإيماءة بدقة.

ورغم أن التصميم الحالي فيه قيود، مثل عدم القدرة على فتح الصندوق إذا نفدت البطارية، يقترح المؤلف أن إضافة ملف شحن حثي خفي قد تعالج هذه المشكلة. وقد نجح المشروع في عرض نهج فريد لبناء قفل خفي يعتمد على إيماءة مغناطيسية قابلة للبرمجة.

رابط ذو صلة: archive.org

المصدر: IEEE Spectrum