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设想一下，你家中装洗衣液的瓶子有主动感知功效，当个中的洗衣液快用完时，瓶子会主动毗连互联网举行订购，目下当今，这个神奇的结果已经成为实际！

克日，华盛顿大学的研讨团队初次经由过程 3D 打印塑料物件和传感器来实现以上构思。这一些传感器能够收集有效的数据，并能独登时取其他无线连接的设备举行通信。

图 | 华盛顿大学的工程师初次开收回一种 3D 打印的塑料物件，这一些物件不需要借助其他电子器件就能够连收到 WiFi。图上 3D 打印出来的物件能够感知瓶中还剩几许洗涤液，正在快用光的时分，这一物件能够实现洗涤液的主动续订。

该研讨的重要作者华盛顿大学（University of Washington）的助理传授 Shyam Gollakota 形象地描写到：“当您把洗涤剂由汰渍瓶中倒出来时，经由过程齿轮滚动的速度您就会了解有几多液体流出来了，而经由过程 3D 打印开关和天线之间的相互作用便能够将这一些数据无线传输到您的设备上。然后接收器能够跟踪您剩下几多洗涤剂，当它低于一定量时，它就能够主动向您的 Amazon 应用程序发送一个信息来订购更多的洗涤剂。”

实现这类结果的枢纽便是反向散射技能。正在物理学中，反向散射指的是波、粒子或旌旗灯号由它们来的标的目的反射归去。该技能也是“无源 WIFI”技能的焦点组成部分。

“无源 WIFI”手艺同样是 Shyam Gollakota 发现的，曾被《麻省理工高新科技批评》评为 2016 年的“十大突破性手艺”。“无源 WIFI”手艺应用反向散射实现无线供电取 WiFi 的连系，能够应用四周的无线电波旌旗灯号作为电能源，并取 WiFi 网络树立衔接举行数据传输。

Shyam Gollakota 本人也是一名无线技能专家，一向致力于创造不消电池便可认为设备供应动力的办法。早在 2014 年的时分，28岁的他就被《麻省理工高新科技批评》评为昔时的“ 35 岁以下 35 名环球高新科技立异者”。

图丨Shyam Gollakota

而在最新的结果中，他辅导团队设计的反向散射体系，则是根据天线反射无线旌旗灯号来实现数据的传输：由 WiFi 路由器或其他设备收回的旌旗灯号会被天线反射归去，反射归去的旌旗灯号再由 WiFi 接收器解码，进而实现数据信息的传输。

为此，该小组还相应地接纳由弹簧、齿轮、开关等其他可 3D 打印的部件构成的机械运动体系来庖代平常的电气元件构成的体系。并且，新的体系一样可实现电气体系的一些功用，由道理上来看，这一体系还能使无电池的腕表可以保持一般走时。他们的研究成果曾经揭橥正在了 11 月 30 日的 ACM Transactions on Graphics 杂志上。

和此前的“无源 WiFi”手艺相比，Shyam Gollakota 此次的功效更“接地气”，不只能够让设备没必要通电大概运用电池就可以实现连通 WiFi 传输信息，并且这一些设备完全能够由 3D 打印机制造出来！例如说，前面提到的“智能洗衣液瓶”中，无论是跟踪和订购洗衣液的流量计，仍是可适用于经管库存或丈量试管中液体量的试管架，全是 3D 打印出来。

图 | 3D 打印的风速计（左）、水表 (中) 和刻度盘 (右)

论文配合作者、华盛顿大学电气工程博士生 vikram iyer 示意，“我们的方针便是期待人们在家中就能够应用 3D 打印机便利地制造出一些物品，并使得这一些物品可收集有效的信息来传递给其他设备。不外个中最大的挑衅便是，您若何只用塑料就实现 WiFi 无线通信？而这是从前没有人做过的事。”

图 | 正在这个反向散射体系中，一个天线被嵌入正在了 3D 打印的物件 (中) 里，然后反射 WiFi 路由器 (左) 旌旗灯号并举行从头编码，最后由手机、电脑或其他设备的 WiFi 接收器 (右) 对反射返来的旌旗灯号举行解码。

正在这套反向散射体系中，研究者们展现了 3 种不一样的天线设计——偶极振子型 (dipole), 领结型 (bowtie), 片状型 (patch)。2.4GHz WiFi 频次的波长梗概正在 6 厘米摆布，关于 dipole 天线，其宽度很小梗概只有半波长宽，能够很轻易集成到 3D 打印物件中去。而且这一天线具有宽横梁和低的指向性，因此能够开展灵敏的安设。

而领结状的 Bowtie 天线则具有较宽的横梁，并且比 dipole 具有更大的带宽，使其更能顺应制作偏差。

片状的 Patch 天线只可以由物件向外辐射旌旗灯号，但比其他两种具有更大的旌旗灯号增益。

图 | 3D 打印的天线

正在 2.4GHzWiFi 频次下，研究者对三种天线的领受功率测试，并取旌旗灯号发射源衔接的平凡单极天线开展比拟发明，Dipole 取 Bowtie 天线得到功率几近和平凡的天线领受到的功率不差上下。

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图 | 正在 2.4GHzWiFi 频次下，三种天线取通例天线接纳功率对照图

除从头设计天线外，研讨团队还打造了多种差别机制的开关。在生活中，存在着很多诸如推进或扭动的“自然按钮”，比方把洗衣液倒出瓶子，将锤子由东西台上拿走等物理行动。而针对这一些差别的物理活动就要差别的触发开关来使得天线产生断开取毗邻，由而改变了天线的反射状况。为此研讨者们又发了然多种差别机制的开关——悬臂式 (Cantilever), 按钮式 (push button), 弹簧驱动式 (Spring driven)。

这一些开关各有特色，悬臂式开关取天线联合能够实现主动的弹开，就好像我们的鼠标或键盘，使得天线能够间歇性衔接；按钮式开关则能够实现更长时候的天线状况保持；弹簧驱动式开关则对渺小的力愈加的敏感，具有更快的相应时候和更大的相应振幅。

图 | 三种 3D 打印的反向散射开关——(a,b) 悬臂式,(c,d) 按钮式, (e,f) 弹簧驱动式, 左侧为按压前，右侧为按压后。

图 | 三种 3D 打印开关的呼应工夫和呼应振幅比力图

另外，研究者还奇妙地将齿轮的缺失 (0) 取存在 (1) 来对信息举行编码，并改动齿轮的宽度和巨细来操纵反向散射开关取天线的接触工夫。使用盘绕的弹簧发生的能量就能够驱动这类齿轮体系，然后发生对应的反射旌旗灯号，最后由 WiFi 接收器来对其举行解码。

图 | 左：一个没有编码的 24 齿的齿轮；中：进行了编码的齿轮, 轮齿存在为 1，不存在为 0；右：由双轮齿宽度编码的齿轮

图 | 3D 打印储能安装.(a) 盘绕弹簧储能器.(b) 推进式储能器

图 | 3D 打印的齿轮 (红色) 和弹簧 (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关。这一个开关能够改动 3D 打印天线 (灰色条带) 的反射状况，进而将有效信息传递给 WiFi 接收器。齿轮的外形和迁移转变的速度皆会被编码进无线旌旗灯号中。

当完成了以上的事情后，我们只需要把这一些弹簧、齿轮、开关和物件使用 3D 打印技能打印出来，就能够实现无线连接了。

图 | 华盛顿大学的计算机科学家和电气工程师团队还给予了 3D 打印的塑料滚动轮、滑块和按钮，能够取计算机、德律风和其他 WiFi 衔接的设备举行无线交互

别的，借助另一种由塑料和铁夹杂的 3D 打印长丝的磁性性能，研究者实现了 3D 打印物件的静态信息编码。操纵静态编码就能够将条形码编写进货色，或将物件运用信息编入，进而示知机器人该若何与其举行交互。

华盛顿大学博士生、论文配合作者 Justin Chan 说到：“它看起来就像是一个平凡的 3D 打印物件，但内里实在存在着没有可见的信息，经由过程您的智能手机解码您就可以看到这一些信息。”

图 | 华盛顿大学的研讨团队还证明了应用一些 3D 打印资料的磁性特征能够正在物件上实现静态编码，这一功效将有利于堆栈的货色追踪和机械间交互。

图 | 操纵手机中的磁传感器对 3D 打印的眼镜举行解码

目前，华盛顿大学网络取挪动体系实验室的 3D 打印团队还打印出了风速计、水表和刻度盘等等小物件，它们一样可以成功地感知和将信息发送到其他取 WiFi 毗连的设备上。

研讨团队所给予的如按钮、旋钮和滑动条等可 WiFi 毗邻的 3D 打印的小部件等还都可以定制，并与家庭中的其他智能设备开展通信，进而实现丰厚的家居“感知”生态系统，让这一些物件无缝地感知四周并与周围环境开展互动。

若是您还想制作那样的一套体系，别忧虑，借助该团队向民众供应的 CAD 模子，3D 打印爱好者完整能够用市面上可获得的打印塑料来打印物件，打印出来的物件一样能够取其他智能设备实现无线通信。这一些物件能够是一个节制音乐音量的无电池滑动条，或者是一个主动由亚马逊订购更多玉米片的按钮，又或者是一个水传感器，当它检测到泄露时，就会向您的手机收回警报。

现在，物联网时期已离我们越来越近，3D 打印的互联网毗连设备还势必成为将来的物联网中的一个要害元素，其利用规模遍及，包孕传感、游戏、跟踪和机器人等范畴。研究者们还期待着他们的下一步事情能够把这一无需电子元件的无线毗连的 3D 打印物件能利用于生活的各个方面，终极打造一个物物互通的生态系统。