인피니티 기어: 346경 년 회전을 달성하는 41단 기어박스

부품 및 소모품

필요한 도구 및 장비

프로젝트 소개

아서 갠슨의 기념비적인 작품 '콘크리트 머신(Machine with Concrete)'에서 영감을 받아, 인피니티 기어 프로젝트는 1/50 기어비의 12단 기어를 컴팩트한 완전 디지털 카운터 시스템으로 구현했습니다. 원작은 200rpm으로 최종 기어 한 바퀴 도는 데 137억 년이 걸렸지만, 우리 설계는 더 작은 규모로 유사한 역설을 구현했습니다. 250rpm DC 기어드 모터가 첫 번째 기어를 구동하며, 마지막 기어의 회전 시간은 상상조차 힘든 346경 년(3.46×10²⁰ 년)에 이릅니다.

각 단에 리드 스위치와 LED를 통합해 기계적 움직임을 디지털 카운트로 변환하고, 아두이노 우노로 제어하는 2×16 LCD에 표시합니다. 이 시스템은 기계적 증폭을 시각적으로 보여줄 뿐만 아니라, 로봇 공학 애호가를 위한 훌륭한 교육 도구가 됩니다.

모든 기어는 생생한 색상으로 3D 프린팅되었으며, 검은색 기어 5개에는 리드 스위치를 트리거하는 작은 자석이 장착되어 있습니다. 최종 기어는 회전하지 않는 사각형 설계로, 앞선 기어들이 카운트를 완료하는 동안 정지 상태를 유지합니다.

기어별 소요 시간: 첫 번째 검은 기어 0.002분, 두 번째 135일, 세 번째 360만 년, 네 번째 35조 년, 최종 사각 기어 346경 년 — 우주의 나이(약 138억 년)를 훌쩍 뛰어넘는 시간입니다.

코드

Arduino UNO 코드

#include <LiquidCrystal.h> // LCD 제어 라이브러리
LiquidCrystal lcd(12, 11, 5, 4, 3, 2); // LCD 핀 매핑

// 리드 스위치 입력 핀
int reed1 = 6, reed2 = 7, reed3 = 8, reed4 = 9;
int reed_status1, reed_status2, reed_status3, reed_status4;

// 회전 카운터
int counter1 = 0, counter2 = 0, counter3 = 0, counter4 = 0;

void setup() {
  lcd.begin(16, 2);
  lcd.setCursor(0, 0);
  lcd.print("SUNDAY ROBOTICS");
  lcd.setCursor(0, 1);
  lcd.print(" INFINITE GEARS");
  pinMode(reed1, INPUT);
  pinMode(reed2, INPUT);
  pinMode(reed3, INPUT);
  pinMode(reed4, INPUT);
  delay(1500); // 스플래시 화면 대기
}

void loop() {
  reed_status1 = digitalRead(reed1);
  reed_status2 = digitalRead(reed2);
  reed_status3 = digitalRead(reed3);
  reed_status4 = digitalRead(reed4);

  if (reed_status1 == 0) { delay(100); counter1++; }
  else if (reed_status2 == 0) { delay(100); counter2++; }
  else if (reed_status3 == 0) { delay(100); counter3++; }
  else if (reed_status4 == 0) { delay(100); counter4++; }
}

void displayCounts() {
  lcd.clear();
  lcd.setCursor(0, 0);
  lcd.print(" INFINITE GEARS");
  lcd.setCursor(0, 1);
  lcd.print("F:"); lcd.print(counter1);
  lcd.print(" S:"); lcd.print(counter2);
  lcd.print(" T:"); lcd.print(counter3);
  lcd.print(" F:"); lcd.print(counter4);
}

커스텀 부품 및 인클로저

모터 기어를 포함해 총 42개의 스퍼 기어를 설계했습니다. 각 기어는 외부 톱니 45개, 내부 톱니 9개를 가지며, 모터 기어도 9개 톱니입니다. 단당 기어비 1:5로, 전체 기어비는 1/(5⁴¹)입니다. 모터 1회전 시간은 1/250분이므로, 마지막 사각 기어는 (1/250) × 5⁴¹ ≈ 1.8×10²⁶ 분, 즉 약 3.46×10²⁰ 년(346경 년)이 소요됩니다.

회로도

시스템은 직렬 연결한 8개의 AA 알카라인 배터리(8V)로 구동됩니다. 6V DC 모터와 5V 아두이노 우노(LCD 및 주변기기 포함)는 두 개의 LM2596 벅 레귤레이터로 전원을 공급받습니다.

각 검은 기어에는 자석이 내장되어 있습니다. 자석이 리드 스위치를 지나갈 때 아두이노는 로우 펄스를 수신해 해당 카운터를 증가시킵니다. LED와 저항은 스위치 상태를 시각적으로 피드백합니다. 2×16 문자 LCD는 각 기어 단계의 누적 카운트를 표시합니다.