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IoT 无需电池!3D 打印传感器,塑料瓶能联网,拧瓶盖即可提供动力

时间:2021-01-12 17:56 来源:未知  手机版

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我们的目标是,不使用电池或任何电子元器件,3D 打印无线传感器,输入可以与智能手机和其他 WiFi 设备进行通信的物体。

这种对于物联网的新设想,来自于美国华盛顿大学副教授 Shyam Gollakota 和两位在读博士生 Vikram Iyer 和 Justin Chan。 

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那么,没有了电池加持,物联网靠什么实现万物相连呢?

三人给出的答案是:塑料。

反向散射技术

首先需要解释一个词:「反向散射」(backscattering)。

物理学中,反向散射指波、粒子等从它们来的方向反射回去,它在天文学、摄影和医学超声检查中有着广泛应用,我们都听过名字的雷达系统背后的基本原理也正是反向散射。

引申一下,这个词还能理解为,设备自身不产生信号,只是反射传输过来的信号,从而达到通信目的。

此前,市场研究公司>

据了解,反向散射技术可以以非常低的功耗发送数据,对于物联网设备的应用有一定的意义。

实际上华盛顿大学一直以来在这项技术上颇有建树,比如:

实现了几种无线通信协议之间的通信;

设计出了几乎零功耗的设备,其数据传输距离最高可达>

开发出了无需插电的视频流方案,等等。

最为值得一提的是,2014 年一组来自华盛顿大学的研究团队实现了一种无电池芯片(battery-less chips),这种芯片传输比特的两种方式是:反射或不反射 WiFi 路由器的信号。通过这样的反向散射,设备实现通信只需通过调制其在空间中对 WiFi 信号的反射。

「塑料物联网」

而 Shyam Gollakota 教授三人的研究正是以这种无电池芯片为基础展开的。

据 IEEE 报道,WiFi 反向散射系统面临的一大挑战在于——需要多种电子元器件(主要包括能够在反射和非反射状态间切换的 RF 开关、控制开关从而编码适当数据的数字逻辑、以及对所有电子部件供电的电源/采集器)。

而三人研究最大的创新点就在于,将 WiFi 反向散射技术与 3D 打印技术相结合,通过商用 3D 打印机创造了无线设备,再用塑料丝将其集成到一个单一的可计算设计中。

正如 Shyam Gollakota 所说:

我们通过塑料物体实现了无线传输。

而>拧瓶盖提供动力

自 2017 年发表了最初研究成果以来,三人的研究并未结束,他们的一个想法是利用机械运动为设备提供动力。

如何做到呢?很简单!

当我们拧开清洁剂塑料瓶的时候,拧瓶盖这个简简单单的动作就能为数据传输提供动力。

具体来讲,拧瓶盖的机械动作将会转化为天线反射的变化,就像有一个 WiFi 发射器在发送信号一样。随后,这些信号会被塑料物体反射,就可以通过调节机械运动控制反射量。

据了解,为确保塑料物体能够反射 WiFi 信号,研究人员采用的是具有导电特性的,包含铜、石墨烯屑的复合塑料细丝。

数据如何传达?

创建了反射材料,摆在三人的下一个挑战就是如何传达收集到的数据。

为解决这一问题,三人的做法很巧妙——将由基本字符 0、1 组成的二进制语言对应为 3D 打印的塑料齿轮。

齿轮上有齿和无齿分别对应 0 位和 1 位,根据传输的 1 位或 0 位反映 WiFi 信号。

对此,Shyam Gollakota 解释称:

我们将天线设计成了两部分,两部分连接或断开连接对应着 0 位和 1 位。

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本文标签:散射 反射 塑料 联网 信号

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