Làm một Orrery bằng LEGO

• Orrery là một công cụ khoa học mô phỏng chuyển động của các thiên thể.
• Mô hình tái hiện chính xác quỹ đạo và chu kỳ tự quay của Trái Đất, Mặt Trăng và Mặt Trời.
• Lấy cảm hứng từ thiết kế của JKBrickworks, tác giả đã tự thiết kế một orrery bằng các bộ phận LEGO Technic.

Độ nghiêng trục quay của Trái Đất

• Trục quay của Trái Đất nghiêng 23,5° so với mặt phẳng quỹ đạo.
• Có thể mô hình hóa độ nghiêng này để giải thích sự thay đổi của các mùa.
• Tác giả dùng connector góc 22,5° để tạo giá đỡ nghiêng cho quả cầu Trái Đất.

Độ nghiêng quỹ đạo của Mặt Trăng

• Mặt phẳng quỹ đạo của Mặt Trăng nghiêng 5,15° so với mặt phẳng quỹ đạo của Trái Đất.
• Có thể mô hình hóa độ nghiêng này để giải thích nhật thực và nguyệt thực.
• Quỹ đạo của Mặt Trăng được hiện thực hóa bằng một circular gear rack nghiêng.

Trục đồng tâm

• Khi làm một orrery bằng LEGO, việc hiện thực hóa chuyển động quay đồng tâm là rất khó.
• Trong hệ Trái Đất–Mặt Trăng, cần bốn trục độc lập.
• Tác giả giải quyết vấn đề này bằng cách dùng nhiều turntable và gear.

Chuỗi bánh răng

• Cụm lắp ráp con Trái Đất–Mặt Trăng cần bốn trục: Trái Đất, Mặt Trăng, đế của Trái Đất và vòng nghiêng của Mặt Trăng.
• Toàn bộ orrery cần thêm hai trục nữa: chuyển động tự quay của Mặt Trời và chuyển động quay quanh Mặt Trời của Trái Đất.
• Chuỗi bánh răng được dùng để hiện thực hóa tỷ lệ truyền động chính xác.
• Tác giả dùng công cụ LEGO gear sequence để tìm tỷ lệ truyền động cần thiết.

Thiết kế chân đế

• Thiết kế chân đế ban đầu dùng mô-tơ LEGO, nhưng đã bỏ đi do vấn đề tiếng ồn.
• Tác giả chọn thiết kế chia 12 phần để nhấn mạnh yếu tố thẩm mỹ.
• Mô hình được thiết kế số bằng BrickLink Studio.

Hướng dẫn

• Tác giả dùng BrickLink Studio để tạo mô hình số và hướng dẫn lắp ráp.
• Bộ hướng dẫn gồm 264 trang và 436 bước.
• Hướng dẫn số được bán trên Rebrickable.

Thiết kế với số lượng linh kiện thấp

• Chân đế được thiết kế lại để giảm số lượng linh kiện.
• Tác giả tận dụng tối đa các bộ phận từ bộ LEGO Rough Terrain Crane.
• Bảng màu của các sản phẩm LEGO hiện hành được dùng để giúp việc tìm linh kiện dễ hơn.

Các orrery khác

• Năm 2022, CaDA phát hành một orrery do JK Brickworks thiết kế.
• Năm 2024, LEGO phát hành orrery riêng của mình, nhưng mức độ phức tạp thấp hơn và độ tin cậy kém hơn thiết kế của CaDA.

Triển vọng

• Tác giả đang ấp ủ ý tưởng mô hình hóa toàn bộ các hành tinh trong Hệ Mặt Trời.
• Dự án tiếp theo là chế tạo một orrery bằng các tấm acrylic cắt laser thay vì dùng linh kiện LEGO.

Ý kiến của GN⁺

• Giá trị giáo dục: Orrery là công cụ hữu ích để học thiên văn học và cơ khí.
• Thử thách kỹ thuật: Việc hiện thực hóa một cấu trúc cơ khí phức tạp bằng linh kiện LEGO là một thử thách lớn.
• Thành công thương mại: Do chi phí linh kiện cao và độ phức tạp lớn, thành công thương mại có thể bị hạn chế.
• Sản phẩm thay thế: Orrery của CaDA đơn giản hơn và đáng tin cậy hơn, nên phù hợp để khuyến nghị cho người mới bắt đầu.
• Tiềm năng tương lai: Các công ty đồ chơi lắp ghép như LEGO có thể sẽ cung cấp những thiết kế orrery phức tạp hơn.

[GN⁺]

Ý kiến trên Hacker News

• Tác giả đã dành rất nhiều thời gian để mô hình hóa độ nghiêng của trục nhằm thể hiện các mùa.
• Chương trình dùng để tạo hướng dẫn lắp ráp kỹ thuật số hoạt động tốt với các mô hình nhỏ, nhưng gặp vấn đề về khả năng sử dụng với các mô hình lớn. Việc tạo ra file PDF hướng dẫn dài 264 trang, gồm 436 bước, đã tốn rất nhiều thời gian.
• Tôi đã không hiểu điều này vì hồi học cấp ba tôi chưa từng được học rằng trục luôn chỉ theo cùng một hướng. Giờ thì cuối cùng tôi mới hiểu tại sao.
• Đây là một ví dụ cho thấy các sáng tạo của cộng đồng vượt trội hơn rất nhiều so với các thiết kế Lego “chính thức”.
• Công cụ tính tỉ số truyền bánh răng rất hữu ích, và thật tuyệt khi có thể điều khiển nó bằng tham số URL.
• Tôi rất ấn tượng với việc đã bỏ thêm công sức vào phần mềm để có được khả năng render/trực quan hóa tốt.
• Người tạo ra nó cũng làm một công cụ để thiết kế các bộ phận tương thích Lego tùy chỉnh có thể in 3D.
• Lego đã tạo ra một sản phẩm mô hình hóa quỹ đạo của Trái Đất và Mặt Trăng.
• Nghệ thuật thường được nâng tầm nhờ những ràng buộc của chất liệu. Lego nên trả rất nhiều tiền cho kế hoạch này và bán ra vài bộ kit.
• Mẫu orrery không phải Lego™ mà tác giả nhắc đến rất tuyệt, đáng tiền và lắp ráp cũng rất vui. Tuy nhiên, thật tiếc là không thể dùng nó để giải thích các mùa.
• Tôi thích Lego và thường sau khi lắp xong thì tặng cho người khác, nhưng món này thật đáng kinh ngạc. Tôi sẽ không tự mình lắp nó, nhưng nó thực sự rất xuất sắc.