q日Q华盛顿大学的研I团队首?span style="font-size:16px;">通过 3D 打印塑料物g和传感器来实C上构惟뀂这些传感器可以攉有用的数据，q能独立C其他无线q接的设备进行通信?/span>
?| 华盛大学的工程师首ơ开发出一U?3D 打印的塑料物Ӟq些物g不需要借助其他电子器g可以连接到 WiFi。图?3D 打印出来的物件可以感知瓶中还剩多洗涤液Q在快用光的时候，q一物g可以实现z液的自动l订?/span>
该研I的主要作者华盛顿大学QUniversity of WashingtonQ的助理教授 Shyam Gollakota 形象地描q到Q“当你把z剂从汰渍瓶中倒出来时Q通过齿轮转动的速度你就会知道有多少液体出来了Q而通过 3D 打印开兛_天线之间的相互作用便可以这些数据无U传输到你的讑֤上。然后接收器可以跟踪你剩下多洗涤剂Q当它低于一定量Ӟ它就可以自动向你?Amazon 应用E序发送一个信息来订购更多的洗涤剂。?/span>
实现q种效果的关键就?/span>反向散射技?/strong>?/span>在物理学中，反向散射指的是L、粒子或信号从它们来的方向反回厅R?strong>该技术也是“无?WIFI”技术的核心l成部分?/strong>
“无?WIFI”技术同h Shyam Gollakota 发明的，曾被《麻省理工科技评论》评?span style="font-size:16px;">2016 q的“十大突破性技术?/span>?/span>“无?WIFI”技术利用反向散实现无U供电与 WiFi 的结合，可以利用周围的无U电波信号作为电能源Qƈ?WiFi |络建立q接q行数据传输?/span>
Shyam Gollakota 本h也是一位无U技术专Ӟ一?span style="font-size:16px;">致力于发?/span>不用甉|可以ؓ讑֤提供动力的方?/span>。早?2014 q的时候，28岁的他就被《麻省理工科技评论?/span>评ؓ当年的?span class="Apple-converted-space"> 35 岁以?35 名全球科技创新者?/span>?/span>
图oShyam Gollakota
而在最新的成果中，他领导团队设计的反向散射pȝQ则是通过天线反射无线信号来实现数据的传输Q?strong>?WiFi 路由器或者其他设备发出的信号会被天线反射回去Q反回ȝ信号再由 WiFi 接收器解码，从而实现数据信息的传输?/strong>
为此Q该组也相应地采用由弹、轮、开关等其他?3D 打印的部件组成的机械q动pȝ来取代通常的电气元件组成的pȝ。而且Q新的系l同样可实现甉|pȝ的一些功能，从原理上来看Q这一pȝq能使无甉|的手表能够维持正常走时。他们的研究成果已经发表在了 11 ?30 日的 ACM Transactions on Graphics 杂志上?/span>
和此前的“无?WiFi”技术相比，Shyam Gollakota q次的成果更“接地气”，不仅可以让设备不必通电或者用电池就能实现连?WiFi 传输信息Q而且q些讑֤完全可以?3D 打印机制造出来！例如_前面提到的“智能洗液瓶”中Q无论是跟踪和订购洗衣液的流量计Q还是可用于理库存或测量试中液体量的试管Ӟ都是 3D 打印出来?/span>
论文共同作者、华盛顿大学甉|工程博士?vikram iyer 表示Q“我们的目标是希望Z在家中就可以利用 3D 打印Z捷地刉出一些物品，q得这些物品可攉有用的信息来传递给其他讑֤?/span>不过其中最大的挑战是Q你如何只用塑料实?WiFi 无线通信Q而这是以前没人做q的事?/strong>?/span>
?| 在这个反向散系l中Q一个天U被嵌入在了 3D 打印的物?(? 里，然后反射 WiFi 路由?(? 信号q进行重新编码，最后由手机、电脑或其他讑֤?WiFi 接收?(? 对反回来的信号q行解码?/span>
在这套反向散系l中Q研I者们展示?3 U不同的天线设计——偶极振子型 (dipole), 领结?(bowtie), 片状?(patch)?/span>2.4GHz WiFi 频率的L长大概在 6 厘米左右Q对?dipole 天线Q其宽度很小大概只有半L长宽Q可以很Ҏ集成?3D 打印物g中去。ƈ且这一天线h宽横梁以及低的指向性，因而可以进行灵zȝ安置?/span>
而领l状?Bowtie 天线则拥有较宽的横梁Q而且?dipole h更大的带宽，使其更能适应刉误差?/span>
片状?Patch 天线只可以从物g向外辐射信号Q但比其他两U具有更大的信号增益?/span>
?| 3D 打印的天U?/span>
?2.4GHzWiFi 频率下，研究者对三种天线的接收功率测试，q与信号发射源连接的普通单极天U进行比较发玎ͼDipole ?Bowtie 天线获得功率几乎和普通的天线接收到的功率不相上下?/strong>
?| ?2.4GHzWiFi 频率下，三种天线与常规天U接收功率比较图
除了重新设计天线外，研究团队q打造了多种不同机制的开兟뀂在生活中，存在着许多诸如推动或扭动的“天然按钮”，例如把洗衣液倒出瓶子Q将锤子从工具台上拿走等物理行ؓ。而针对这些不同的物理q动需要不同的触发开x使得天线发生断开与连接，从而改变了天线的反状态。ؓ此研I者们又发明了多种不同机制的开关—?strong>悬臂?(Cantilever), 按钮?(push button), 弹簧驱动?(Spring driven)?/strong>
q些开兛_有特Ԍ悬臂式开关与天线l合可以实现自动的弹开Q就好像我们的鼠标或键盘Q得天U可以间歇性连接；按钮式开兛_可以实现更长旉的天U状态维持；弹簧驱动式开兛_对微的力更加的敏感Q拥有更快的响应旉和更大的响应振幅?/span>
?| 三种 3D 打印的反向散开关—?a,b) 悬臂?(c,d) 按钮? (e,f) 弹簧驱动? 左边为按压前Q右边ؓ按压后?/span>
?| 三种 3D 打印开关的响应旉和响应振q比较图
此外Q研I者还巧妙地将齿轮的缺?(0) 与存?(1) 来对信息q行~码Qƈ改变齿轮的宽度和大小来控制反向散开关与天线的接触时间。利用盘l的弹簧产生的能量就可以驱动q种齿轮pȝQ然后生对应的反射信号Q最后由 WiFi 接收器来对其q行解码?/span>
?| 左：一个没有编码的 24 齿的齿轮Q中Q进行了~码的? 轮存在?1Q不存在?0Q右Q由双轮齿宽度编码的齿轮
?| 3D 打印储能装置.(a) 盘绕弹簧储能?(b) 推动式储能器
?| 3D 打印的?(白色) 和弹?(蓝色) 同由导电塑料制成的灰色表面的白盒子一同构成了一个开兟뀂这一个开兛_以改?3D 打印天线 (灰色条带) 的反状态，从而将有用信息传递给 WiFi 接收器。轮的形状以及转动的速度都会被编码进无线信号中?/span>
当完成了以上的工作后Q我们只需要把q些弹簧、轮、开兛_物g利用 3D 打印技术打印出来，可以实现无U连接了?/span>
?| 华盛大学的计算机科学家和电气工E师团队q提供了 3D 打印的塑料滚动轮、滑块和按钮Q可以与计算机、电话和其他 WiFi q接的设备进行无U交?/span>
另外Q借助另一U由塑料和铁混合?3D 打印长丝的磁性性能Q研I者实C 3D 打印物g的静态信息编码。利用静态编码就可以条形码~写q货物，或者将物g使用信息~入Q从而告知机器h该如何与其进行交互?/span>
华盛大学博士生、论文共同作?Justin Chan 说到Q“它看v来就像是一个普通的 3D 打印物gQ但里面其实存在着不可见的信息Q通过你的手机解码你就能看到这些信息。?/span>
现在Q华盛顿大学|络与移动系l实验室?3D 打印团队q打印出了风速计、水表和d盘等{小物gQ它们同栯够成功地感知和将信息发送到其他?WiFi q接的设备上?/span>
研究团队所提供的如按钮、旋钮和滑动条等?WiFi q接?3D 打印的小部g{也均可以定Ӟq与家中的其他智能设备进行通信Q从而实C富的家居“感知”生态系l，让这些物件无~地感知四周q与周围环境q行互动?/span>
如果你也惛_造这L一套系l，别担心，借助该团队向公众提供?CAD 模型Q?D 打印爱好者完全可以用市面上可获得的打印塑料来打印物gQ打印出来的物g同样可以与其他智能设备实现无UK信。这些物件可以是一个控刉乐音量的无电池滑动条Q或者是一个自动从亚马逊订购更多玉c片的按钮，又或者是一个水传感器，当它到泄漏Ӟ׃向你的手机发报?/span>
如今Q物联网时代已经L们越来越q，3D 打印的互联网q接讑֤也必成为未来的物联|中的一个关键元素，其应用范围广泛，包括传感、游戏、跟t和机器人等领域?/span>研究者们也期待着他们的下一步工作可以把q一无需电子元g的无U连接的 3D 打印物g能应用于生活的各个方面，最l打造出一个物物互通的生态系l?/span>
