Nederland kende al een wereldkampioen luchtgitaar spelen, nu kunnen we daar een kampioen luchtgitaar maken aan toevoegen. De Rotterdamse start-up 1Uptoys voerde een spotgoedkoop microcontrollertje op om er het kloppende hart van elektronisch muziekspeelgoed van te maken. In samenwerking met een Chinese speelgoedfabrikant liggen de baanbrekende instrumenten volgend jaar in de winkel.
1Uptoys zit in de Creative Cube op loopafstand van Rotterdam Centraal. Het is geen spectaculair gebouw om te zien, maar het heeft een bijzondere bestemming gekregen. ’We waren op zoek naar kantoorruimte, maar niet zo‘n standaard geval langs de snelweg met een systeemplafond. We wilden een pand dat creativiteit ademt. De makelaar had moeite om aan die wens te voldoen, maar hij wist ons wel in contact te brengen met een ander clubje creatievelingen. Met z‘n allen hebben we toen dit pand gehuurd‘, vertelt managing director Ronald Mannak van 1Uptoys. Zijn bedrijf is wel het enige dat elektronicaontwikkeling doet in de Creative Cube. De buren doen heel andere takken van sport.
1Uptoys ontwikkelt elektronisch speelgoed. De start-up werkt sinds april vorig jaar aan een elektrische luchtgitaar, een dito drumstel en bijpassende boombox, waarop de instrumenten en een microfoon kunnen worden aangesloten om een bandje te vormen. De muziekinstrumenten liggen begin volgend jaar wereldwijd in de winkels. In Nederland zullen ze te vinden zijn bij Bart Smit, Blokker, Intertoys en Toys ’R Us. Ze gaan in Europa een kleine dertig euro kosten.
Programmeur Marcel de Kogel geeft een kleine demonstratie van de Airguitar. Hij klemt een kastje aan zijn riem. Dit is het hart van de gitaar, waarop De Kogel de – onzichtbare – snaren kan aanslaan. Hij doet dat met het plectrum in zijn rechterhand. ’Uit kostenbesparende overwegingen is het geen Bluetooth-verbinding‘, zegt De Kogel enigszins verontschuldigend, refererend aan het draadje dat kastje en plectrumsensor met elkaar verbindt.
Als hij het plectrum beweegt boven het kastje aan zijn riem, brengt het apparaat de onmiskenbare klanken van een elektrische gitaar voort. Met de vingers van zijn linkerhand geeft De Kogel de akkoorden in op de hals, die ook met een draadje op het centrale kastje is verbonden. Daarvoor heeft hij de beschikking over vier knoppen die in verschillende combinaties goed zijn voor 48 akkoorden. De afstand van de hals tot de centrale eenheid bepaalt daarbij het octaaf. Hoe dichter de twee bij elkaar zitten, hoe lager het octaaf. De bediening van de luchtgitaar is dus veel makkelijker dan die van een echte gitaar.
Test less, verify Moore
At the Bits&Chips Event 2023 on 12 October 2023, Phillipa Hopcroft from Crocotec and Ivo ter Horst from ASML will kick off with a keynote speech on transforming how lithography machine software is built. Make sure to keep an eye on the website for program updates and save the date!
Voor het drumstel hoeft de gebruiker ook geen enkel contact te maken: een slag in de lucht is voldoende om geluid te produceren. De bewegingen corresponderen met de verschillende onderdelen van een drumstel. Een uitzwaaiende beweging naar de zijkant activeert bijvoorbeeld de cimbalen. Met twee pedaaltjes onder zijn schoenen bedient De Kogel ten slotte de hihat en de bassdrum.
Bij zowel de drums als de gitaar is er keuze uit verschillende geluiden. En natuurlijk zijn er ook een paar melodietjes ingebouwd om mee te spelen. Een ledje fleurt de instrumenten op door in allerlei kleuren op te lichten op het ritme van de muziek. Er is ook een modus die muziek maken gemakkelijker maakt door aan een beweging een serie noten toe te kennen; een beperkt aantal bewegingen levert hierdoor al een heel aardig muziekstukje op.
Niet dat de instrumenten zo moeilijk te bespelen zijn. Hardwarespecialist Richard Bekking: ’Het is met opzet eenvoudig gehouden. Het is tenslotte speelgoed. Laatst gaven we een demonstratie op een beurs in Frankrijk. Natuurlijk kregen we de vraag of we niet eens een bekend popliedje op de gitaar kunnen spelen. Nu ben ik geen musicus, maar na een avondje internetten ging dat prima. Ik zocht gewoon de noten op en vertaalde dat naar welke knoppen ik achtereenvolgens moest indrukken. De gelijkenis met het origineel was treffend.‘
Limiet
Het kloppende hart van de muziekinstrumenten is een 8 bit microcontrollertje van het Taiwanese Sonix. Het chipje draait met een bescheiden snelheid van 0,7 Mips. Ook de beschikbare hoeveelheid Ram-geheugen houdt niet over: 100 bytes. Niet het soort controller waar een C-ontwikkelomgeving voor beschikbaar is. ’Veel keus is er niet in de speelgoedwereld. Behalve Sonix zijn er nog een drietal fabrikanten die robuuste chips kunnen leveren tegen een lage kostprijs‘, zegt Mannak.
De controller van Sonix is weliswaar gemaakt voor speelgoed, maar zijn functiepalet sloot niet naadloos aan op de wensen van 1Uptoys. De Kogel: ’De chip is gemaakt om melodietjes af te spelen. Verder kan hij eigenlijk heel weinig, althans hij is er niet op gemaakt om meer te kunnen. Het mengen van verschillende tonen gaat bijvoorbeeld heel lastig. En voor het digitale communicatieprotocol met de boombox is hij ook absoluut niet bedoeld.‘
Een groot deel van De Kogels werk bestond dan ook uit tweaken van de chip in assembly. ’Dat we er een drumstel mee konden maken, dat wisten we wel. Maar hoeveel andere features we erin konden proppen, was onduidelijk. Met minimale ondersteuning van Sonix heeft autodidact De Kogel dan ook zitten pielen om het uiterste uit de controller te trekken. ’De chip is op zich goed gedocumenteerd en voor standaardvragen kun je terecht bij een agentschap in China. Maar voor de rest is het een kwestie van uitproberen, kijken of je een geheugenadres erbij kunt smokkelen. Een paar features hebben we met reverse engineering uitgedokterd. We pushen dat ding ver over zijn limiet.‘
Bewegingssensoren vormen het leeuwendeel van de rest van de hardware. Een ultrasone akoestische sensor meet de afstand tussen hals en centrale om de octaven af te stellen. Een zendertje stuurt een geluidspuls weg en de tijd die het kost voor de ontvanger om hem te detecteren vormt een maat voor de afstand. De microcontroller stuurt het sensorsysteempje aan en verwerkt de data.
’Met het vermogen dat wij erin stoppen, hebben we een bereik van vijftig tot zestig centimeter. Het coolste zou zijn als we traploos konden meten. Dan kun je namelijk sliden‘, zegt Bekking. Op een echte elektrische gitaar betekent sliden het laten afglijden van je vinger langs de snaren op de hals – met bijbehorend spectaculair geluidseffect natuurlijk. Geen rockster die zonder kan. Helaas kregen de mannen van 1Uptoys het niet voor elkaar. ’De sensoroogjes zijn zeer directioneel, dus als ze niet elkaars verlengde liggen, gaat het mis. Voor een traploze meting is de variatie in de hoek die detector en zender maken tijdens het spelen, te gevoelig. Daarom hebben we drempelwaarden ingesteld die drie zones – dus octaven – markeren. Die zijn heel stabiel van elkaar te onderscheiden.‘
Het geheim van de smid zit ‘m verder in de bewegingssensoren die de aanslagen registreren op de luchtgitaar en de drums. Mannak wil nog wel kwijt dat het niet onbelangrijk is om dat op een goedkope manier voor elkaar te krijgen, maar verder houdt hij de lippen op elkaar. Begrijpelijk, want de producten liggen nog niet in de winkel. ’De concurrenten moeten onze creaties straks maar openschroeven om erachter te komen.‘
Het laatste stukje in het oog springende elektronica is het eerdergenoemde ledje dat voor de lichteffecten meekleurt met de muziek. Dit is ook al zo‘n functie waar de Sonix-controller niet voor bedoeld is. De Rotterdamse techneuten gebruiken pulsbreedtemodulatie om de lichtsterkte te regelen. De Kogel maakte met Photoshop een kleurengradiënt, die de microcontroller op basis van de invoer vertaalt naar een sturingssignaal voor het lampje.
Extraatje
De prototypen van de Airdrum en Airguitar liggen netjes gearchiveerd in 1Uptoys‘ eigen museumpje. Bij de meeste hangen de printplaatjes eruit aan een bos draden. De allereerste exemplaren hebben zelfs kartonnen onderdelen met sensoren van paperclips. Mannak: ’De prototypen hebben heel wat te lijden gehad. Ze moesten om de haverklap open om een draadje te verleggen of de software te updaten. Daarom lieten we de printplaten er op een gegeven moment maar uithangen.‘
Het cruciale prototype is het exemplaar dat 1Uptoys bouwde voor de Chinese speelgoedfabrikant Silverlit. Met succes, want de Chinezen besloten met de Nederlanders in zee te gaan. ’Ik kwam in contact met Silverlit via de directeur van Toys ’R Us. Ik had hem mijn ideeën laten zien en hij zag er wel wat in. Hij verwees naar de Chinezen, omdat hij vond dat ze fijne mensen in dienst hadden en goede spullen maakten. Een afspraak met de Nederlandse importeur was gauw gemaakt en binnen een mum van tijd ontmoette ik de Silverlit-directie. Ook die was enthousiast en met hun steun konden we aan het prototype gaan werken‘, vertelt Mannak trots. Afgelopen februari was de Air-serie muziekinstrumenten zo goed als gereed.
Silverlit is momenteel de primaire geldbron. De Rotterdamse ontwikkelaars leven van voorschotten op de licenties die 1Uptoys aan Silverlit heeft verleend. Verder bedruipt de start-up zichzelf. Het startkapitaal komt van Mannaks vorige bedrijf in websites, dat hij verkocht om zijn droom te verwezenlijken: elektronisch speelgoed ontwikkelen. Verder zijn er geen investeerders, al staat dat wel op de planning. De enige steun van buitenaf komt van investeringsfonds Technopartners, die gedeeltelijk garant staat voor een lening die verder overigens geheel marktconform is. Na een graceperiod van drie jaar moet het zesmansbedrijf straks gewoon gaan afbetalen, met rente en al.
1Uptoys kreeg wel een leuk financieel extraatje in de vorm van een prijs. De Rotterdammers wonnen de gedeelde hoofdprijs en de publiekprijs in de New Venture-award en sleepten 25 duizend euro in de wacht. Daarnaast werden ze genomineerd voor de Broos van Erp-prijs, de Deloitte Fast 50 Rising Star en de Technopartner Award. Bij de laatste uitreiking grepen ze overigens naast de prijzen, zo bleek eind september.
Bij dit soort prijzen draait het niet alleen puur om de techniek. De New Venture-award wordt bijvoorbeeld beoordeeld op basis van het businessplan. De techneuten hadden hun huiswerk zonder formele businesstraining kennelijk goed gedaan. Met een beetje hulp van de Erasmus-universiteit, dat wel. Mannak: ’We hebben samengewerkt met drie studenten bedrijfskunde die als studieproject creatieve bedrijven gingen ondersteunen op commerciële aspecten. Daarmee hebben we ons plan aardig aangescherpt.‘
De werknemers van de speelgoedontwikkelaar vinden het commerciële aspect helemaal niet vervelend, zolang het maar creativiteit van hen verlangt. ’De techniek is de basis. Het is leuk om ideeën uit te werken en beperkingen te omzeilen. Maar het is ook leuk om na te denken over functie. Onze producten hebben een educatieve invalshoek: hoe maak je kinderen enthousiast voor muziek?‘ De Mannak weet het antwoord wel: ’Het moet makkelijk, maar natuurlijk vooral onwijs cool zijn.‘