史上首次！3D打印物体无需通电就能连接WiFi
导读
美国华盛顿大学通过3D打印出的塑料物体和传感器，采集有用数据，而且无需电池或者通电，就能完全自主地与其他连接WiFi的设备进行通信。
背景
时下，诸多的创新科技，例如智能硬件、物联网、新材料、新能源、柔性电子等等，让我们的生活变得前所未有的方便和精彩。
今天让我们大胆设想一下如下的未来场景：无需电子器件，一瓶洗衣液就能自主地感知到其中的液体即将耗尽，自动连接互联网，订购更多的洗衣液。
创新
美国华盛顿大学率先让这一切变为现实。他们3D打印出塑料物体和传感器，而这些塑料物体和传感器可以采集有用数据，并完全自主地与其他连接WiFi的设备进行通信。
（图片来源：参考资料【2】）
文章的合作领导作者、华盛顿大学电气工程博士生 Vikram Iyer 表示，他们的目标是利用日常家用的3D打印机打印出一些物体，向其他设备发送有用信息。但是最大的挑战在于：如何仅仅使用塑料和WiFi，实现无线通信。之前任何人都无法实现这项技术。
在一篇于11月30日发表在美国计算机协会计算机图形图像特别兴趣小组（SIGGRAPH ）有关计算机图形和互动技术的展会上的论文中，科学家们详细描述了这项技术。
技术
为了实现3D打印物体与商用WiFi接收器之间的交互，团队采用了“反向散射”（backscatter ）技术，让设备交换信息。
“反向散射”技术，并不是设备自身产生Wi-Fi信号，而是通过邻近的移动设备的无线电信号传输创建Wi-Fi信号。设备只需要简单地反射现有信号，就可以达成交换信息的目的。
笔者之前介绍过华盛顿大学相关团队在这方面的研究成果。例如：他们利用“远程反向散射技术”，演示了一种几乎以零功率运行的设备，它传输数据的距离最高可达2.8千米。
（图片来源：Dennis Wise/华盛顿大学）
此外，华盛顿大学的科研人员还发明了一项“调频后向散射技术”，将我们生活中日常物品变为无线电台，与手机或者汽车进行通信并交换数据，功耗远低于蓝牙、WiFi等无线通信技术。例如，他们制作出“会唱歌”的海报，“会说话”的衣服等等。
团队设计出公开的CAD模型。通过这一模型，3D打印爱好者可以通过现有的商用塑料，设计出可以与其他智能设备进行无线通信的物体。团队通过弹簧、齿轮、开关以及其他3D打印的部件触发的机械运动，取代通常由电器元件，实现一些功能，并借鉴了机械（无需电池）手表的记时原理。
（图片来源：Mark Stone/华盛顿大学）
反向散射系统使用天线，通过反射WiFi路由器或者其他设备发射的无线电信号，传输数据。WiFi接收器解码可以解码这些发射信号中蕴藏的信息。在这种情况下，3D打印物体中的天线由混合了塑料和铜的印花丝组成。
物理运动，例如按压按钮、洗衣液流出瓶子、转动旋钮、从一个重型工具箱中取出锤子，触发处于3D打印物体其他位置的齿轮和弹簧，引发导电开关间歇性的与天线连接或者断开，并且改变其反射状态。齿轮上的齿出现或者消失，代表了信息以1和0的形式编码。盘簧产生的能量驱动齿轮系统，齿轮齿的宽度和图案控制反向散射开关与天线之间的接触，产生的反射信号图案可被WiFi接收器解码。华盛顿大学Allen学院的副教授 Shyam Gollakota 表示：
“当你将洗涤剂从瓶子中倒出时，例如，齿轮的转动可以告诉你有多少洗涤剂流了出来。3D打印的开关与天线之间的交互无线地传输数据。然后，接收器可以追踪你还剩下多少洗涤剂，当它低于一定量时，它会自动发送一条信息给你的亚马逊应用程序订购更多洗涤剂。”
（图片来源：Mark Stone/华盛顿大学）
价值
华盛顿大学网络与移动系统实验团队打印了几个不同的工具，它们能够感知并成功地将信息发送至联网设备。
例如，他们制造了一个风速表，并将其固定在一个齿轮上。当齿轮旋转时，齿轮与嵌入物体的天线相连，然后天线就能反射周围的WiFi信号，而这个信号可以通过WiFi接收器解码。
（图片来源：华盛顿大学）
（图片来源：华盛顿大学）
他们还制作了一个秤和一个可以测量水流速度的流量计。
（图片来源：华盛顿大学）
另外，他们还打印了三个小部件——一个按钮、一个旋钮和一个滑块——它们都能通过类似的方式进行工作，可以用来与其他智能设备交换信息。
（图片来源：华盛顿大学）
（图片来源：华盛顿大学）
（图片来源：华盛顿大学）
这些3D打印的物体可以与家中其他智能设备进行通信，丰富了“会说话的物体”生态系统。
此外，团队还使用3D打印技术，制成各种由塑料和铁组成的丝线，并且利用在3D打印的物体中的磁性，无形地编码静态信息，例如：用于库存的条码识别，或者告诉机器人如何与其交互的物体信息。
（图片来源：华盛顿大学）
Allen 学院的博士生和合著者 Justin Chan 表示：
“它看上去就像一个普通的3D打印物体，里面有着不可见的信息，这些信息可以通过你的智能手机读取。”
关键字
参考资料
【1】http://www.washington.edu/news/2017/12/05/in-first-3-d-printed-objects-connect-to-wifi-without-electronics/
【2】http://printedwifi.cs.washington.edu/printedwifi.pdf
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