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?sh)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?x)知道有多少液体出来?jin)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(j)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?sh)?WiFi 的结合，可以利用周围的无U电(sh)波信号作为电(sh)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|可以ؓ(f)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>评ؓ(f)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?x)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(sh)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(jin) 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(sh)或者用电(sh)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_(d)前面提到的“智能洗液瓶”中Q无论是跟踪和订购洗液的流量计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?xi)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(jin) 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(sh)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(gu)集成?3D 打印物g中去。ƈ且这一天线h宽横梁以?qing)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(jin)重新设计天线外，研究团队q打造了(jin)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行ؓ(f)。而针对这些不同的物理q动需要不同的触发开x(chng)使得天线发生断开与连接，从而改变(sh)(jin)天线的反状态。ؓ(f)此研I者们又发明了(jin)多种不同机制的开关—?strong>(zhn)臂?(Cantilever), 按钮?(push button), 弹簧驱动?(Spring driven)?/strong>
q些开兛_有特Ԍ(zhn)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) (zhn)臂?(c,d) 按钮? (e,f) 弹簧驱动? 左边为按压前Q右边ؓ(f)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：(x)一个没有编码的 24 齿的齿轮Q中Q进行了(jin)~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(sh)塑料制成的灰色表面的白盒子一同构成了(jin)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(qing)转动的速度都会(x)被编码进无线信号中?/span>
当完成了(jin)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(jin)?/span>
?| 华盛大学的计算机科学家和电(sh)气工E师团队q提供了(jin) 3D 打印的塑料滚动轮、滑块和按钮Q可以与计算机、电(sh)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(jin) 3D 打印物g的静(rn)态信息编码。利用静(rn)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?jin)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(fng)一套系l，别担?j)，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?jng)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(sh)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(g)到泄漏Ӟ׃(x)向你的手机发?gu)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?sh)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>
