Cómo funciona el makey-makey por Juan David Rodríguez García

Los conductores (las "teclas")

La función de este bloque es generar la señal cuando se cierra cada uno de los circuitos entre el conductor de tierra ("EARTH") y los conductores que se corresponden con los rótulos "flechas", "SPACE" y "CLICK2". Esto se consigue gracias a uno de los circuitos más útiles y sencillos de la electrónica: el divisor de tensión.

Fíjate en uno de los conductores, por ejemplo "UP". Está conectado directamente a una resistencia (R24), y esta a una tensión (VCC) positiva.Tanto el conductor "UP" como una de las patas de la resistencia están unidos y conectado a una entrada marcada como D12. Esta entrada se corresponde con una de las patitas del chip inteligente denominado microcontrolador (lo veremos en el próximo apartado).

La resistencia es un dispositivo muy usado en electrónica que conduce la electricidad pero ofrece una oposición a su paso. La resistencia también es la magnitud física que mide dicha oposición.

Todos los materiales conductores de la electricidad están caracterizados por una resistencia que es tanto menor cuanto mejor conducan la electricidad. En electrónica, cuando usamos el término "conductor" nos referimos a un material que tiene resistencia próxima a cero (metales, por lo general). Mientras que con el término "resistencia" nos referimos a conductores que presentan un valor más elevado de la magnitud resistencia.

En la figura siguiente hemos aislado el circuito correspondiente al conductor "UP". Ambos esquemas son equivalentes, en el de la izquierda se ha representado el valor de la tensión de alimentación del circuito con el símbolo más conocido de la batería (dos líneas paralelas, una más corta que otra). Mientras que el de la derecha se ha representado esta misma tensión de la manera más frecuentemente usada en el mundo de la ingeniería electrónica.

En condiciones normales, el circuito está abierto, es decir, los conductores "UP" y "EARTH" están separados. En este caso no es posible la circulación de corriente eléctrica y la tensión en el terminal D12 coincide con la tensión de alimentación VCC. Para entender esto ten en cuenta que la tensión entre los extremos de una resistencia es proporcional a la corriente que circula a través de ella (ley de Ohm) V = R·I.

Se trata de la archiconocida ley de Ohm. Seguro que de algo te suena. Así pues, una corriente nula da lugar a una tensión entre los extremos de la resistencia también nula.

En el momento en que cerramos el circuito uniendo los terminales "UP" y "EARTH" con algún conductor (tu cuerpo, por ejemplo). Se forma el divisor de tensión, que no es más que dos resistencias colocadas una a continuación de la otra (en serie). Una es la resistencia R22 y la otra el conductor que hayamos usado entre ambos terminales. En ese momento se cierra el circuito y comienza a fluir la corriente eléctrica. Cuanto mejor sea el conductor usado, mayor será la corriente que circula y mayor la tensión que aparece entre los extremos de la resistencia. Es decir, que la tensión en el terminal D22 disminuye, pudiendo ser prácticamente cero cuando la resistencia del conductor que hemos usado es mucho menor que R22.

El microcontrolador detecta esta disminución a través de una de sus entradas; la que tiene conectada al terminal D22, y genera la señal que es enviada al computador a través del conector USB como un código de tecla.

El microcontrolador (el cerebro)

Casi toda la magia sucede en este microchip que en unos 10 mm2 contienen una computadora con todos sus elementos fundamentales: un microprocesador, una memoria y unos circuitos de entrada/salida.

Y como computadora que es, necesita un programa para funcionar. Cuando adquieres una placa makey-makey, este programa ya está almacenado de manera persistente en la memoria EEPROM del microcontrolador. Y al encender la placa, conectándola al puerto USB de nuestra computadora, el microcontrolador carga el programa y comienza a ejecutarlo.

El programa en cuestión consiste en un bucle infinito que lee continuamente los valores de la tensión en los terminales conectados a los divisores de tensión que hemos visto en el apartado anterior y, cuando detecta en estos una disminución de la tensión, genera una señal correspondiente al código de "SPACE", "CLICK" o los cursores (flechas) que es enviada a través de conector USB como si de un teclado o ratón se tratase.

Conectores adicionales

Te habrás fijado que la placa makey makey tiene 4 conectores, uno a cada costado, con 6 agujeros cada uno. Y es que además de interpretar las entradas marcadas con los rótulos "FLECHAS", "SPACE" y "CLICK" como los código de las teclas correspondientes, podemos hacer lo mismo con las teclas "W", "A", "S", "D", "F", "G", cerrando circuitos entre los terminales del costado izquierdo (marcados con dichas letras) y "EARTH". Los conectores del costado inferior se corresponden precisamente con "EARTH". Para cerrar estos circuitos, en lugar de usar cables con pinza de cocodrilo, usaremos directamente cables con sus extremos desprovistos de la vaina aislante (cables pelados vamos) introducidos en los agujeros de los conectores.

Con los conectores del costado derecho podemos enviar los códigos del movimiento del ratón y el click derecho e izquierdo. Fíjate que están marcados con unas flechitas y un esquema de un ratón.

Y con los conectores superiores podemos hacer algo realmente novedoso: generar una tensión de 5V con la que podemos alimentar pequeños motores, leds y otros dispositivos conocidos en la jerga electrónica como actuadores. La novedad es que los conductores de este conector son de salida, es decir, el sentido de la señal es desde el microcontrolador hacia el conductor. La placa fija una tensión de 5 V en el conductor marcado con el rótulo D14 cuando se pulsa cualquier tecla. Lo mismo hace sobre el conductor D16 cuando se el ratón se mueve o se pulsa cualquiera de sus botones.

Y no se termina aquí la cosa. También podemos reprogramar el microcontrolador y cambiar los códigos de las teclas que deseamos enviar al cerrar cada uno de los circuitos que tenemos disponibles en la placa.

La conexión USB

Por aquí se realiza la comunicación del makey-makey con la computadora y su alimentación eléctrica. Dos de las patas del conector USB; VCC y GND, se usan para proporcionar la energía que el microcontrolador requiere para funcionar, mientras que las otras dos patas, van conectadas a las terminales D- y D+ del microcontrolador y sirven para recibir y enviar las señales desde y hasta el puerto USB de la computadora.

Cuando el usuario cierra alguno de los circuitos que hemos visto anteriormente, por ejemplo cuando con su cuerpo conecta el conector "EARTH" con "UP", el microcontrolador detecta este evento y genera la secuencia de bit (código) que el protocolo USB establece para decirle a la computadora que se ha pulsado la tecla "flecha arriba". Esta secuencia de bits es enviada desde el controlador al ordenador a través de las patas D+ y D-.

Los LEDS que indican los circuitos cerrados

Al producirse el cierre de los distintos circuitos cuando se unen los conductores del makey-makey con el conductor "EARTH", el microcontrolador además de construir la secuencia de bits que envía al puerto USB, también establece los niveles de tensión necesarios en las patas PB5, PB6 y PB7 para encender los LEDS que indican qué conductores están "pulsados", es decir, qué circuitos están cerrados. Estos indicadores luminosos son de gran ayuda cuando estamos probando y depurando el funcionamiento de nuestros proyectos.

Coclusión

Para utilizar makey-makey como recurso didáctico en el desarrollo del pensamiento computacional con nuestros alumnos, basta con saber qué significa abrir y cerrar un circuito y que el puerto USB sirve para comunicar la computadora con dispositivos periféricos.

La simplicidad de uso es el principio de diseño a serguir por cualquier producto que pretenda ser útil en el mundo educativo. Y makey-makey lo consigue de sobra.

Pero seguramente habrá profesores cuyo nivel de "frikismo" va aumentando a medida que incorporan actividades sobre pensamiento computacional en sus clases, y sienten curiosidad por conocer algo más acerca del funcionamiento de los dispositivos que usan.

Pensando en ellos, hemos ofrecido una visión más profunda acerca del funcionamiento del makey-makey, identificando cada parte del esquemático con la zona de la placa física que le corresponde y contando con cierto nivel de detalle como funciona.