CHEAT - Charge and Eat

Konzept

Problem

Beim Laden von Elektrofahrzeugen entsteht bei derzeitiger Technik eine Wartezeit von 15 - 20 Minuten. Diese Zeit nutzen viele Fahrer um zu essen. Jedoch weiß jeder der schon einmal an einer Autobahnraststätte gehalten hat um dort zu essen, dass das Angebot nicht lecker, geschweige denn gesund ist. Meist sind Alternativen Fastfood Ketten oder der gute alte Schokoriegel. Dazu kommt, dass man die Ladezeit nicht effektiv nutzen kann, da die Essensbeschaffung erst nach dem begonnenen Ladevorgang starten kann. So ist das Auto schon fast fertig geladen, und du fängst erst an zu essen.
Mit diesem Problem befassten wir uns im Rahmen des Kurses Prototyping / Redesign.

Lösung

Ziel war es ein Gesundes, Zeiteffizientes und vor allem Leckeres Essen zu entwickeln und dieses vollständig anpassbar für den Nutzer automatisch herstellen zu lassen. Dafür entwickelten wir den CHEAT Prozess.

Fooddesign

Zu allererst mussten wir ein perfektes Gericht finden, welches als Vorlage für sämtliche Hardware dient. Heißt, wir mussten zuerst wissen was wir ausgeben wollen, bevor wir überlegten wie wir es ausgeben.
Und nicht nur wichtig für die folgende Hardware, sondern auch für die Lösung der Problemfrage.
Was ist gesund und lecker? Nach ersten Versuchen mit Instant-Zutaten wie Fertigsuppen oder Instantramen, welche aus Ernährungs/- und Geschmacksgründen ausschieden, fiel die Wahl als Grundlage relativ schnell auf Coucous und Haferflocken (Porridge), da diese in Verbindung mit heißem Wasser ohne weiteres Zutun nach 5 Minuten gänzlich durchgezogen sind. Doch Couscous und Haferflocken allein sind keine leckeren und attraktiven Alternativen zum Bekannten, kurz kein Gericht.
Hierfür mussten wir die nun gezogene Basis mit Toppings und Soßen zu dem Essen machen, welches wir schon die ganze Zeit im Kopf hatten. Nach dem experimentieren mit verschiedenen Add-ons entschieden wir uns im Rahmen des ersten Prototyps für Gurke, Tomate, Walnüsse, Cranberrys, einer Joghurt-Minz und einer Honig-Senf Soße.
Zusammen, oder auch einzeln, mit der Basis ergeben die Toppings ein rundes Gesamtbild die unsere Anforderungen, welche aus dem Problem resultierten, erfüllen!

Prototyping

Parallel starteten darauf folgend zwei Kernkomponenten eines IoT-Projekts. Die Entwicklung der Hardware Bauteile und der Software in Form von Website (Frontend) und Logik (Backend und Arduino).

Software

Design

Um den Bestellprozess zu gestalten, durchliefen wir die Low Fidelity, Mid Fidelity und High Fidelity Prototypen. Diese gestalteten wir in Figma aus. Die Prototypen waren sehr hilfreich um User Testings durchzuführen. Uns war es sehr wichtig eine intuitive und simple Bedienung zu ermöglichen. So soll sicher gestellt werden, dass ein User während (Teil-)Autonomen fahren ohne Probleme eine Bestellung direkt von seinem Auto Infotainment System aus bestellen kann. Die Gestaltung soll schlicht und zeitlos sein, aber auch den Appetit mit leckeren Bildern anregen.
Eine Progress Bar und passende Überschriften für jeden Schritt im Bestellprozess, sollen klar vermitteln, wie viele Schritte bis zu einer vollständigen Bestellung noch fehlen.

Code

In Bezug auf die Software gab es 3 wichtige Aspekte zu beachten. Einmal das Frontend, das Backend und den Arduino Code um Aktoren zu steuern. Für das Front und Backend entschieden wir uns für Next.js. Ein Framework für React, welches uns ermöglichte, Code basierend auf Javascript für Front und Backend zu schreiben. So kann das ganze als Website gehostet werden und ermöglicht einen Zugriff von allerlei Endgeräten wie Smartphone, Laptop oder sogar direkt aus dem Auto. Die Software besteht aus einem Bestellprozess, um eine Bestellung aufzugeben. Der Nutzer kann über eine interaktive Karte seine Route zu unserer nächsten Cheat Station auswählen. Mithilfe der Mapbox API berechnen wir dann live Ankunftszeit. Dies ermöglicht es uns, die Zubereitung genau auf das Eintreffen des Users zu timen, um eine möglichst frische Abholung zu garantieren. Falls er die Bowl erst ein paar Minuten nach Ankunft abholen möchte, kann die Abholzeit angepasst werden. Der User kann nun seine individuelle Bowl zusammenstellen und diese bestellen. Zum Schluss erhält der User noch einen Unlock Code, mit welchem er seine Bowl aus der Cheat Station entsperren und abholen kann. Um diesen Code nicht zu vergessen, kann der User sich diesen als Erinnerung per SMS oder E-mail zuschicken lassen.

Im Backend programmierten wir ein funktionierendes Order Management System. Dieses verwaltet alle aktiven Bestellungen mithilfe von Objekt Orientierter Programmierung und sendet die richtigen Befehle über MQTT an die jeweilige Cheat Station.
Dabei wird die Live Uhrzeit ständig mit den Abholzeiten der verschiedenen Kunden verglichen, und ein paar Minuten vor Ankunft des jeweiligen Kunden, die richtigen Bestellbefehle abgeschickt. Zudem wird überwacht, wie viele der 9 verfügbaren Plätze zur jeweiligen Abholzeit verfügbar sind. Für jede Bestellung wird ein einzigartiger Unlock Code generiert und mitgeschickt.
Uns war wichtig, dass es kein Login oder nervige Anmeldefenster gibt, und jeder nur mit authentifizierter Zahlungsmethode ganz einfach eine Bestellung aufgeben kann.

Hardware

Ganz der Kursbeschreibung entsprechend durchlief jeder Prototyp verschiede Versionen = Prototyping, bis der optimale Weg gefunden wurde.

Ausgabemechanismen

Durch das erfolgreiche Fooddesign war es uns möglich, gezielt Mechanismen zu entwickeln, welche die Ausgabe der von uns gewählten Zutaten ermöglichen.

Becher
Logischerweise muss alles was irgendwo rauskommt oder fliegt auch irgendwo reinfliegen. Daher entwickelten wir einen Mechanismus, der einen Stapel an Bechern lagert und wenn nötig, genau Einen ausgibt. Dies wird über ein Zahnrad an einem sog. Steppermotor geregelt, das den Stapel hält und einen Schritt weiter dreht wenn ein Becher benötigt wird.

Couscous
Für Couscous machten wir uns eine Eigenschaft des zu Kügelchen zerriebenem Grieß aus Hartweizen zu Nutzen. Dieser ist sehr feinkörnig. Daher “fließt” er gut. Also reichte ein Loch das durch eine Art Arm verschlossen wurde. Die Menge wird hierbei durch die Zeit reguliert, in der das Loch offen steht. Durch die feine Körnung kann der Arm gut durch den Fluss schneiden und ihn, anders als bei den Toppings, unterbrechen.

Porridge
Für die Haferflocken planten wir mit dem Gleichen Vorgang wie beim Couscous. Jedoch verstopfte der Ausgang sehr schnell. Daher nutzen wir für Porridge ebenfalls die folgend beschriebene Toppingausgabe.

Toppings (Gurken, Tomaten, Walnüsse, Cranberrys)
Um die Toppings auszugeben, arbeiteten wir mit einer Art “Schaufelrad”. Dies gibt die Zutaten portionsweise aus. Dabei begegneten uns sehr große Probleme. Doch Probleme sind nur dornige Chancen. Zum Einen benötigt der Motor sehr viel Kraft um die Zutaten, welche auf der falschen Seite des Schaufelrad sind, nach Oben zu drücken. Dies lösten wir mit einer Rampe, die verhindert, dass Toppings in den kritischen Bereich fallen.
Zum Anderen entsteht die Situation, dass sich Zutaten zwischen Gefäßwand und Schaufelrad verklemmen und so den Motor sperren, sodass keinerlei Zutaten herausfallen können. Dies lösten wir durch den Einsatz von elastischen Schaufelradblättern, die über das festgeklemmte Objekt rutschen können.

Soßen
Die Ausgabe der Soßen ist nahezu am einfachsten. Hierfür nutzen wir eine Spritze mit 200ml Füllungsvermögen. Diese wird abermals durch einen Steppermotor zusammen gedrückt um die Soße auszugeben.

Stecksystem
Um ein schnelles Tauschen der Behälter zu ermöglichen, entwickelten wir ein Stecksystem durch das die Behälter ohne Schrauben ersetzt werden können. Dies ist vor allem für Lieferanten im Konzept wichtig.

Drehplatte

Um den Becher unter das richtige “Werkzeug” zu bringen, nutzen wir einen Drehteller, welcher durch einen Schrittmotor mit 11:1 Übersetzung gedreht wird. Dieser hat 9 Plätze für Becher, was uns ermöglicht mehrere Bestellungen gleichzeitig zu bearbeiten. Der Teller dreht sich je nach Bestellung mit dem entsprechenden Becher unter die richtige Ausgabe, wo die restliche, zuvor beschriebene, Magie passiert.
Für die Umsetzung nutzten wir einen Laser um alle Maße der Konstruktion exakt einzuhalten. Die Drehplatte und die Grundplatte lackierten wir anschließend um sie vor Wasser zu schützen. Darauf leimten wir die Drehplatte, sodass aus 3 Einzelstücken ein Funktionsprototyp wird.

PCB (Leiterplatte)

Um einen Steppermotor anzusteuern kann ein Driver eingesetzt werden. Setzt man jedoch nicht nur einen, sondern wie wir 10 Stepper ein, wird das Verkabeln sehr schnell, sehr kompliziert! Daher gestalteten wir ein so genanntes PCB. Darauf ist ganz klar definiert welcher Pin des Mikrocontrollers mit welchem der Driver verbunden ist.