Destripando un Furby (por las buenas o por las malas)

Furby

Furby

Un Furby es, básicamente, un juguete robótico; electrónico por dentro y de peluche por fuera. Aparecido originalmente en 1998 de la mano de Hasbro, se convirtió en un éxito instantáneo, provocando largas colas de padres de niños esperando en las tiendas de juguetes. Posteriormente, en el año 2005, apareció la segunda generación de Furbys (precedida por una enorme campaña publicitaria), de mayor tamaño que los anteriores, dotados de expresividad facial y un sistema de reconocimiento de voz que permite una mayor interacción con los humanos.

La idea básica es que Furby comience hablando sólo unas pocas palabras y que, con el paso del tiempo, se le puedan “enseñar” más. Además, va cambiando de personalidad y va “aprendiendo” nuestro idioma y dejando de hablar su furbish materno. Realmente, y desde el punto de vista técnico, Furby sólo sigue un programa de software estándar que progresivamente activa más opciones. A ello se le añade una gran cantidad de posibilidades de interacción con los niños: responde al ser acariciado, cuando le tiran de la cola, puede ser alimentado, es sensible a la luz y a la oscuridad, a los ruidos estridentes y a la música, a la posición, etcétera. Los Furbys también pueden comunicarse entre sí a través de un puerto infrarrojos situado entre sus ojos y, además, son capaces de recibir información digital, utilizando sonidos, por medio de la técnica conocida como modulación por desplazamiento de frecuencia (así, por ejemplo, comen diversos alimentos enviados desde una app Android).

Destripando a Furby

Destripando a Furby

Las especificaciones técnicas de un Furby son un misterio y no se revelan para evitar el espionaje industrial. La verdad es que es un cacharro bastante avanzado para ser un juguete, y sus diseñadores guardan celosamente el secreto de su éxito. Para poder acceder a un conocimiento mínimo de su interior es necesario realizar técnicas de ingeniería inversa sobre él, es decir, descuartizarlo, desmembrarlo y mutilarlo para poder acceder a sus tripas e ir identificando, pieza a pieza, cada uno de sus componentes, entendiendo (y a veces intuyendo) cómo funciona el conjunto. Vamos a ello.

1. Placa y componentes principales

Placa base

Placa base

Lo que podemos observar en esta fotografía es la placa madre, la plancha de circuitería principal donde van pinchados el resto de componentes. El pequeño barrilete dorado que se ve a la derecha de la imagen es el sensor de inclinación (le indica a Furby si está al derecho o al revés), que funciona mediante una pequeña pelotita interior que se mueve y activa un gatillo o disparador.

El chip central rotulado como LM324N es un componente muy común que contiene cuatro amplificadores operacionales, probablemente, para conectar los sensores de Furby. Un amplificador operacional es un dispositivo electrónico, con dos entradas y una salida, que se utiliza, entre otras cosas, para realizar operaciones matemáticas.

El pequeño chip cuadrado (trás de los cables rojo y negro) es una memoria EEPROM 93046 de 1 KB de capacidad, utilizada para almacenar el estado de madurez de Furby y otras variables. EEPROM son tipos de memoria ROM no volátiles que pueden ser programadas, borradas y reprogramadas eléctricamente.

Por último, los dos componente más interesantes de todos se encuentran en las pequeñas placas hija verticales que vemos en la zona superior derecha. La más grande contiene la CPU principal del aparato, es el chip que implementa el cerebro del juguete. La pequeña aloja el sintetizador de voz.

2. La CPU

CPU y sintetizador de voz

CPU y sintetizador de voz

En esta foto tenemos la CPU y el sintetizador de voz desmontados. Ambos chips, bajo gotas de epoxi, tienen unos condensadores externos, mientras que la CPU, además, tiene un cristal o resonador cerámico piezoeléctrico para generar su frecuencia de reloj de 3,58 MHz.

La CPU, etiquetada como U1, tiene 25 patillas de conexión, la mayor parte de ellas a la placa base. Lo más seguro es que interactúe con el resto de componentes mediante 9 entradas y 3 salidas. Las 9 entradas son: pulsador de reset (en el compartimento de las pilas), sensor trasero (palmadas), sensor delantero (cosquillas), sensor sonoro (en la oreja derecha), sensor de luz (tras un panel entre los ojos), sensor de velocidad del motor, sensor de bola de inclinación (detecta orientaciones de nivel, de inclinación y “patas arriba”), sensor infrarrojos (cerca del sensor de luz) y pulsador de alimentación (bajo la lengua).

Por su parte, las salidas son: un altavoz de 2 pulgadas (sonido), un transmisor infrarrojos LED (para la comunicación con otros Furbys) y las operaciones de movimiento del motor de 6 voltios nominales (marcha adelante y marcha atrás). Además, cuenta con 6 conectores directos al módulo de sintetización de voz (para este sonido). El resto de conexiones se desconocen para que pueden servir.

En la fotografía siguiente tenemos una visión general del chip de la CPU completa en su interior. Los dos cuadrados verdes de la parte superior son los bancos de memoria que contienen el programa que hace que Furby haga lo que hace: las palabras se puede decir, la forma en que se mueve, la manera de responder a los estímulos… El resto del chip lo forma el procesador real, el cual, muy probablemente, está diseñado en una arquitectura común de microcontroladores, con un núcleo 8051, un Z80 o un 6502.

CPU por dentro

CPU por dentro

En el borde derecho del chip hay también algunos circuitos de prueba como los que se utilizan en la fábrica para comprobar si la oblea se ha procesado correctamente. Después de las pruebas, estos circuitos ya no son necesarios y son destruidos cuando el chip individual se corta de dicha oblea.

3. El sintetizador de voz

Procesador del habla

Procesador del habla

Esta imagen muestra una visión general del otro chip principal de Furby, el sintetizador de voz. Al igual que el de la CPU, contiene circuitos digitales, circuitos analógicos, ROM y RAM.

El procesador de voz que monta es, concretamente, un TSP50C04B de Texas Instruments. Este no es un chip que únicamente reproduce muestras pregrabadas, sino que realmente sintetiza diferentes sonidos basados en un lenguaje de programación especial. Esta versión cuenta con 4 KB de ROM, que se utilizan para almacenar todas las frases que Furby puede decir.

El sintetizador tiene 12 pines o patillas de conexión, 6 de las cuales van conectadas a la placa madre; otras llevan la corriente eléctrica, la toma de tierra y los dos cables del altavoz. De las 12 conexiones conocemos, pues, el funcionamiento de 10.

4. El disparador Schmitt

Disparador Schmitt

Disparador Schmitt

En una pequeña esquina de la placa base encontramos un chip 74HC14 de las series 74xx de Fairchild. Este dispositivo es un CMOS con disparador Schmitt de salida invertida que, seguramente, se utiliza para amortiguar algunas de las señales de los sensores antes de enviarlas a la CPU. Un disparador Schmitt previene el ruido que podría tapar a la señal original y que causaría falsos cambios de estado si los niveles de referencia y entrada son parecidos.

5. Comunicación infrarroja

Un aspecto interesante de este juguete es su capacidad para utilizar transmisiones de infrarrojos con el objeto de comunicarse con otros Furbys. Al parecer, son capaces de transferir no sólo palabras, sino también estados como, por ejemplo, un resfriado (un Furby estornuda y otro muñeco saludable comienza a estornudar también) y etapas de vida (un Furby pueden aprender palabras en un idioma después de estar en contacto con otro Furby de nivel más avanzado).

Receptor y emisor infrarrojo

Receptor y emisor infrarrojo

Con respecto al asunto técnico, los Furbys utilizan un emisor y receptor de infrarrojos que funcionan en ciclos de aproximadamente 150-200 milisegundos, con un bit time de 2 milisegundos. Los paquetes de comunicación constan de nueve bits enviados seis veces, con un silencio entre cada conjunto de nueve, ofreciendo una tasa de repetición de, más o menos, 100 milisegundos. Esos nueve bits se componen de un bit de inicio, cuatro bits de datos y, al final, los mismos cuatro bits de datos invertidos. Hay un total de 16 señales diferentes que pueden comunicar.

6. La mecánica

Mecánica

Mecánica

Un motor interno impulsa las partes móviles de un Furby. Es un motor reversible de corriente continua montado a un lado del llamado módulo de movimiento (dentro de la mitad superior del juguete). El mecanismo acciona una serie de engranajes rectos de reducción que giran un tornillo sin fin. Este, a su vez, actúa sobre una gran rueda dentada unida a un eje que tiene una serie de lóbulos de leva. Los lóbulos se apoyan sobre unas bielas que mueven los párpados, la boca y las orejas, y hacen bailar al Furby con su bamboleo hacia atrás y hacia adelante.

Cada elemento móvil también puede ser operado de forma independiente si el árbol de levas gira hacia atrás y adelante dentro de un ángulo estrecho. Por ejemplo, mientras Furby baila, el eje gira de manera que hace funcionar sólo el lóbulo del movimiento de balanceo. Esta posición del árbol de levas se comporta como un punto muerto de los lóbulos que impulsan los párpados y las orejas. Durante el baile, ojos y orejas quedan quietos.

7. Hackeando un Furby

Para los hackers y entusiastas del conocimiento y de la ingeniería inversa, el puerto de infrarrojos de un Furby resulta un dulce muy jugoso. El concepto del fin primordial consiste en hacer que Furby haga cosas extrañas estimulándolo mediante órdenes enviadas a través de infrarrojos. Esto ya se ha intentado vía irDA desde un PC o por medio de transmisores de infrarrojos de otros Furbys adaptados para este propósito.

Hack

Hack

Asimismo, los hackers sospechan (pues no hay documentación al respecto) que un cierto patrón de señales de entrada podría causar que el Furby entrara en un modo exclusivo de depuración o en un estado especial, en principio inaccesible para personas ajenas a la compañía que produce el juguete. Con el fin de encontrar un comando oculto, se necesitaría ser capaz de enviar comandos arbitrarios a un Furby y pasar mucho tiempo experimentando.

8. Conclusión

Destripando un Furby

Destripando un Furby

Furby fue en su época el juguete del momento, y ha vuelto mejorado y remozado para convertirse en el muñeco robótico del presente. Es entretenido, guasón, jovial y ocurrente, y posee una tecnología, como hemos visto, bastante avanzada para ser un peluche charlatán (también cuesta un ojo de la cara, claro está).

Como cacharro profundamente técnico que es, los geeks, los hackers y los frikis de los avances tecnológicos han puesto sus ojos en él. Le auguramos, pues, larga vida y nuevas funcionalidades. Todo llegará.

NOTA: La fuente de las fotografías es un artículo de Tiny Transistors.

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