IoT 无需电池！3D 打印传感器塑料瓶能联网拧瓶盖即可供应动力

这种对付物联网的新设想，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。

据 IEEE 网站宣布，早在 2017 年三人就公布了最初的研究成果，论文题为 3D printing wireless connected objects（3D 打印无线连接的设备），Vikram Iyer 和 Justin Chan 为共同一作。

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。

反向散射技能

首先须要阐明一个词：「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、拍照和医学超声检讨中有着广泛运用，我们都听过名字的雷达系统背后的基本事理也正是反向散射。

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

此前，市场研究公司 Gartner 曾发布了未来 5 年将涌现的十大无线通信技能趋势，个中有我们并不陌生的 WiFi、5G、V2X（无线车联网）、长间隔无线充电等，也包括了反向散射技能。

据理解，反向散射技能可以以非常低的功耗发送数据，对付物联网设备的运用有一定的意义。

实际上华盛顿大学一贯以来在这项技能上颇有建树，比如：

实现了几种无线通信协议之间的通信；

设计出了险些零功耗的设备，其数据传输间隔最高可达 2.8 千米；

开拓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办法是：反射或不反射 WiFi 路由器的旗子暗记。
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 旗子暗记的反射。

「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根本展开的。

据 IEEE 宣布，WiFi 反向散射系统面临的一大寻衅在于——须要多种电子元器件（紧张包括能够在反射和非反射状态间切换的 RF 开关、掌握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 反向散射技能与 3D 打印技能相结合，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打算设计中。

正如 Shyam Gollakota 所说：

我们通过塑料物体实现了无线传输。

而 IEEE 也给基于这种设计实现的网络起了一个形象的称呼：IoPT（Internet of Plastic Things，塑料物联网）。

拧瓶盖供应动力

自 2017 年揭橥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器运动为设备供应动力。

如何做到呢？很大略！

当我们拧开清洁剂塑料瓶的时候，拧瓶盖这个简大略单的动作就能为数据传输供应动力。

详细来讲，拧瓶盖的机器动作将会转化为天线反射的变革，就像有一个 WiFi 发射器在发送旗子暗记一样。
随后，这些旗子暗记会被塑料物体反射，就可以通过调节机器运动掌握反射量。

据理解，为确保塑料物体能够反射 WiFi 旗子暗记，研究职员采取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，摆在三人的下一个寻衅便是如何传达网络到的数据。

为办理这一问题，三人的做法很奥妙——将由基本字符 0、1 组成的二进制措辞对应为 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 位反响 WiFi 旗子暗记。

对此，Shyam Gollakota 阐明称：

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。

在这样的布局中，三位研究者用到了许多传感器和小部件的机器特性，旨在为反向散射设计供应动力。
三人的巧思也表示在了设计中：按钮能从用户的交互中获取能量、圆形塑料弹簧组合可以存储能量。

商业场景设想

据 IEEE 宣布，团队已经面向 3D 打印爱好者公开了这一「塑料物联网」的 CAD 模型。

这样一来，大家可以 DIY IoT 设备了，可掌握音乐音量的无电池滑杆、检测到水管泄露就向手机发送警报的传感器都可以实现。

论文中也展示了 3D 打印的一种 WiFi 智能设备——一个汰渍洗衣液瓶子连着一个“余量丈量计”，可以跟踪洗涤剂的残留量，并自动进行补充。

当然，如果脑洞够大，设计一个自动在电商平台下单的按钮也并不是不可能，觉得双十一抢货有希望了！

即便公开了 CAD 模型，三位研究者也为自己的精品设想了一个广泛的商业运用处景，比如：

经用户赞许后，电商平台可通过「塑料物联网」理解用户的购物体验，并基于此对平台功能进行改进；

“即时医疗”场景下，对患者打开或关上药瓶的韶光或利用量进行监测。

可见，这种「塑料物联网」不仅在万物相连的办法上进行了创新，还可能在智能化时期改变我们的生活。

引用来源：

http://printedwifi.cs.washington.edu/

https://spectrum.ieee.org/tech-talk/consumer-electronics/gadgets/plastic-internet-of-things-without-batteries-or-electronics

https://new.qq.com/omn/20200906/20200906A0F2R300.html

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