在翻转点显示屏上运行 FLIP 流体模拟
文章摘要
这是硬件创客 mitxela 于 2026 年 9 月 24 日发布的一段约 20 分钟的视频，标题是《Fluid Simulation on Flipdots》，视频简介只有一句「更多信息见 mitxela.com/flipflip」。本文综合了视频字幕和那篇长篇技术文章《FLIP Fluid on Flip Dots》。项目的出发点是一个双关：FLIP 是流体模拟算法 Fluid Implicit Particle（流体隐式粒子法）的缩写，而翻转点显示屏的英文是 flip dot。作者坦言，做这件事的首要动机就是这个文字游戏。
缘起：让流体发出声音。 作者说这几年他做了几十个流体模拟玩具和首饰，公开过的只有体积显示器和流体吊坠，但它们有一个共同缺陷：LED 做的「液体」完全没有声音。他一直在想能不能模拟出晃荡的水声，后来意识到，翻转点这种机电显示屏本身就会发出声音，再加上名字正好是个双关，就这么定了。
翻转点贵得离谱。 翻转点曾是公交车车头显示屏的常见技术：对比度高，在强光下很清楚，而且状态是非易失的。每个点内部和底座各有一块永磁体，线圈把铁芯极化后，点就会停在新位置，断电也不会变。如今这些显示屏几乎都被 LED 取代，只剩艺术家在用。作者说据他了解世界上只剩一家制造商，而且只和少数艺术工作室签独家协议，其中最有名的 Breakfast Studio 不跟预算低于 5 万美元的人谈。他曾给一家恰好拥有 Breakfast Studio 显示屏的公司做过外包，提出不要工资、只求在那块屏上跑一次流体模拟，对方居然拒绝了。「看来只能走难的那条路了。」
面板来源与三大难题。 最后是 Look Mum No Computer 的 Sam 帮了忙。他的过时科技博物馆收到过一大堆捐赠的旧翻转点面板，本来打算铺满一整面墙，但一直没能实现，原因很快就会清楚。作者拿到的面板分辨率是 13×28（点按七个一组制造，他调侃设计者偏爱质数），日期码是 2007 年。它们有三个问题：电路板边缘突出，无法无缝拼接；整块面板被接成一个大矩阵，刷新全屏要约一秒；而把点逐个拆焊下来重新焊到新板上，工作量大到不可接受，因为点的塑料框很容易熔化，漆包线也极细易断。
电路设计：一半 H 桥加一颗串联电容。 作者的主要参考是 Mike’s Electric Stuff 的 Mike Harrison。Mike 讲解翻转点原理的视频指出：点翻过去要约 60 毫秒，但极化铁芯只需最多约 1 毫秒的短脉冲。Mike 找到了一种为小电机设计的廉价 H 桥芯片（MX6208 这一类），一颗就能直接驱动一个点，计划做一块新板直接焊在旧板背面。这样做的缺点是必须先割断旧板上所有的列走线。作者把 Mike 的方案和另一种「串联电容」驱动法结合起来：只用一个半桥向电容发脉冲，线圈另一端接地。于是所有列线都可以直接接地，一根走线都不用割，要焊的引脚也少了一半。难点在于 H 桥芯片有刹车和滑行两种状态，没法当成两个独立半桥用。作者仔细研究真值表后发现，把 AIN 拉高、信号送进 BIN，就能强迫它当半桥工作。这样一个 595 移位寄存器可以带八个点。他还发现这些芯片是 BJT 而不是 FET，输出使能时即使空载也要吃约 24mA，乘以几千个点就是致命的静态电流，所以改成把 AIN 接到锁存信号上，只在需要时发脉冲。串联电容还带来一个安全上的好处：出故障时线圈不会被一直通着大电流直到烧起来。
供电是最大的坎。 第一版板子焊上后，翻单个点没问题，一次翻全部就失败。每个点需要约半安培的脉冲，全屏同时翻就是几十安培，电源一跌压，脉冲变弱，不但翻不动，反而会让铁芯退磁，点就松松垮垮地晃。错开时间逐行扫描能缓解，但肉眼能看出扫过的痕迹，作者不接受。按原计划约 7000 个点算，要一个能输出 4000 多安培的电源，光是起火风险就够吓人。调试电源期间，他还不小心把 12V 碰到数据线上，烧掉了一整组移位寄存器，于是停工了半年。回来后，他的解法是往板子上堆满电解电容：贴片电解电容比陶瓷电容还便宜，作为串联电容表现也更好，再在电源轨上到处补焊 1000µF 的大电容。两块面板拼成的原型终于在 Pico 2 上以约 40FPS 跑起了流体模拟，拼缝几乎看不见。作者说，手持它时点翻转的触感和声音非常棒。
从 18 块缩到 8 块。 作者本想做一个 3×3、边长约 1.2 米、能在万向架上自由翻滚的大屏，还设想过用步进电机做阻尼、液压斯图尔特平台、吊绳滑轮等方案，但每块面板要焊 400 多个焊点、处理死点、反复测试，效率最高时一天也只能准备两块。距离 EMF 2026 露营黑客节只剩两周时，他把规模缩减到 8 块面板，将近 3000 个点，约 1 米见方。框架用 FreeCAD 设计（他说为了让开源 CAD 真正好用，大家得先开始用它），在黑客空间的激光切割机上一次切出，整整 57 分钟。每块面板配一块解码板，通过 RS485 接收全部数据、按 DIP 开关设定的 ID 解出自己那一段，收到帧尾才统一锁存，以保证同步。主控是 600MHz 的 STM32H7R3。电源用 40A 的 12V 电源，并把风扇换成静音的 Noctua，因为这个项目的核心就是翻转点的声音。
摇杆控制重力。 万向架最终没来得及做。作者选择把屏固定在支架上，前面放一个标着「Gravity Control」的模拟摇杆。他说这个摇杆本身就能单独算一个项目：市面上的街机摇杆几乎都是四个微动开关，他最后在速卖通上只找到一家卖电位器摇杆的。他用一天时间完成了钻孔、攻丝、做电路板、焊接和写固件，全程没法测试就封了盒，接到主板上居然一次成功。他说这种时刻让他觉得「一万小时的练习开始有回报了」。完工后他才发现忘了加一个调粘度的旋钮，算法里明明有这个参数。
EMF 现场。 为了让人听清翻转声，他把装置放进了禁止喧闹展品的休息帐篷，并说那声音很像雨声棒。那个周末遇上罕见热浪，他担心设备过热，恰好有人往 EMF 的交换摊捐了一堆旧服务器风扇，他挑了最安静的几个绑到背面。装置连续运行四天没有故障，只陆续多了一些死点，他猜主要是小孩戳的，「熵也是艺术的一部分」。摇杆被人玩到金属盒上磨出了一圈亮痕。没人碰的深夜，零粘度的流体只能靠撞墙损耗能量，会在零重力下慢慢散开成各种图案。后来他又把屏幕放在一个健身球上，让人不用费力就能倾斜它，称之为「Gymball gimbal（健身球万向架）」。
结语。 不算捐赠的面板和他自己的时间，整块屏的成本不到 500 英镑，约合每点 0.17 英镑；要是算上时间，也就不难理解商业产品为什么动辄五六位数。他把驱动 13×28 Hanover 面板的 PCB 设计开源在 GitHub 上。Sam 剩下的面板大多尺寸不同，下一步是改板，再招志愿者帮忙焊接。他说这本质上是「为一个双关投入了不成比例的巨大努力」，并预告已经有了下一个想法。
HN 评论精华
这个视频帖在 HN 上只有 5 分，唯一的评论来自 duck，贴出了作者的详细技术文章链接（mitxela.com/projects/flipflip）。同一篇技术文章在同一周还被单独提交了三次（49832332、49838753、49847682），每次只有 1 到 2 分，没有任何评论。所以 HN 上基本没有可以总结的讨论，这里不作编造，上文已根据视频字幕和作者原文尽量补足了项目的技术细节。