史上首次！3D打印物体无需通电就能连接WiFi

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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，就能完备自主地与其他连接WiFi的设备进行通信。

背景

史上首次！3D打印物体无需通电就能连接WiFi 史上首次！3D打印物体无需通电就能连接WiFi 互联通信

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。

（图片来自网络侵删）

本日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个中的液体即将耗尽，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统统变为现实。
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，并完备自主地与其他连接WiFi的设备进行通信。

（图片来源：参考资料【2】）

文章的互助领导作者、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。
但是最大的寻衅在于：如何仅仅利用塑料和WiFi，实现无线通信。
之前任何人都无法实现这项技能。

在一篇于11月30日揭橥在美国打算机协司帐算机图形图像特殊兴趣小组（SIGGRAPH ）有关打算机图形和互动技能的展会上的论文中，科学家们详细描述了这项技能。

技能

为了实现3D打印物体与商用WiFi吸收器之间的交互，团队采取了“反向散射”（backscatter ）技能，让设备交流信息。

“反向散射”技能，并不是设备自身产生Wi-Fi旗子暗记，而是通过临近的移动设备的无线电旗子暗记传输创建Wi-Fi旗子暗记。
设备只须要大略地反射现有旗子暗记，就可以达成交流信息的目的。

笔者之前先容过华盛顿大学干系团队在这方面的研究成果。
例如：他们利用“远程反向散射技能”，演示了一种险些以零功率运行的设备，它传输数据的间隔最高可达2.8千米。

（图片来源：Dennis Wise/华盛顿大学）

此外，华盛顿大学的科研职员还发明了一项“调频后向散射技能”，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流数据，功耗远低于蓝牙、WiFi等无线通信技能。
例如，他们制作出“会唱歌”的海报，“会说话”的衣服等等。

（图片来源：华盛顿大学）

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器运动，取代常日由电器元件，实现一些功能，并借鉴了机器（无需电池）腕表的记时事理。

（图片来源：Mark Stone/华盛顿大学）

反向散射系统利用天线，通过反射WiFi路由器或者其他设备发射的无线电旗子暗记，传输数据。
WiFi吸收器解码可以解码这些发射旗子暗记中蕴藏的信息。
在这种情形下，3D打印物体中的天线由稠浊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、迁徙改变旋钮、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。
齿轮上的齿涌现或者消逝，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掌握反向散射开关与天线之间的打仗，产生的反射旗子暗记图案可被WiFi吸收器解码。
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，齿轮的迁徙改变可以见告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，吸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运用程序订购更多洗涤剂。
”

（图片来源：Mark Stone/华盛顿大学）

代价

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旗子暗记，而这个旗子暗记可以通过WiFi吸收器解码。

（图片来源：华盛顿大学）

他们还制作了一个秤和一个可以丈量水流速率的流量计。

（图片来源：华盛顿大学）

其余，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办法进行事情，可以用来与其他智能设备交流信息。

（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，团队还利用3D打印技能，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，或者见告机器人如何与其交互的物体信息。