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3D打印智能物联小物件 无需电波就能无线联网

发布时间:2017-12-25 08:58:17

   借问“WiFi”何处有,公共场所无限蹭!无线网流行的当下,离不开网络信号逐渐变成了一种常态。只要是智能电子设备,无论是手机、平板电脑、笔记本、智能可穿戴设备还是智能家居设备都可以通过无线网彼此相联。但这种连接有一个前提,那就是必须有无线电波作为信号载体。内部没有电信号,就无法连接网络热点。然而,近日来自华盛顿大学的科学家使用3D打印技术制作出智能物联小物件,只通过改变电信号就能实现无线联网!

    研究目标是创造能实现智能物联的物体

    据科技杂志《物理》官方网站12月5日报道,华盛顿大学的工程师们近日开发出一款全新的塑料3D打印机。它所打印出的各种小物件无需通电,也无需任何电子设备的支撑就能直接通过无线网连接到其他设备上,为生活带来更多便捷。

    如果家中使用的洗衣液能够产生“感觉”,自动识别出瓶内所剩不多,然后通过无线连接到互联网,直接为你订购更多洗衣液,这是否会让你感受到生活在未来?为了实现这个小小目标,华盛顿大学的研究者们试图通过3D打印技术制造出塑料物件和传感器,能够直接收集环境中的有用数据,通过无线网络与其他设备直接通信。

    借助于该研究团队向外部公开的数字CAD模型,3D打印爱好者们可以利用机器直接造出塑料物件。比如,一个无需电池的免费音量控制滑块,一个控制按钮,一个能自动发送信号到手机的检测器等。这些塑料物件又被称作“智能物联”设备,能够与其他智能设备直接进行无线通信。

    电气工程博士维克拉姆·伊耶是研究团队的成员之一,也是本项研究论文的共同编辑。他表示,“大家的研究目标是创造能实现智能物联的物体。”只需用塑料和3D打印技术制造出来,它就能把有用信息直接传递给其他设备。只是产生创意很容易,实践却充满挑战。如何让塑料实现与无线网络通信?这是前人从没做过的事。

    只需产生物理移动,就能发生信号转换  

   为了实现信息传递目标,研究小组采用了“反向散射技术”,能够让物体在不产生或接受无线信号的基础上,只通过改变信号传播方向就能交换信息。研究者用3D打印出特制的弹簧、齿轮与开关按钮等其他设备。在制作过程中,电线等金属丝就被融入塑料中,与物体结合为一体,从而能将机械运动转化为信号传输过程。

    以一架3D打印出的红色塑料风速计为例,其下部被固定在齿轮上,当风吹动它,开始测量风速的同时,齿轮也同样开始旋转,并带动嵌入其中的金属电线一起,在运动中,时断时续地反射周围的无线信号。这种信号遇到其他带有信号接收器的物体后,就能被顺利解码。风速越快,齿轮转速越快,信号时断时续的速度也越快,因此只需转化信号频率数据,就能测得风速。

    研究团队另外制作出的滑块、旋钮、开关键、刻度盘以及一款能测量水流速度的流量计也采用了类似工作原理。也就是说,这类3D打印出的智能物联小物件只需产生物理移动,就能发生信号转换,这种变化能被智能手机或其他设备解读或接受。

    在实验室对外公布的测试视频中,还可以看到智能物联应用于日常生活的例子,比如瓶口安装了塑料流量计的洗衣液,可随时跟踪瓶内洗衣液存量,快用完时能自动联网下订单。又如一个试管夹,能够用来测量长试管中的液体,记录存量变化。

    此外,研究者还能使用磁性铁取代铜材料,制作出金属丝线作为器件核心,并将后者以全新方式放置在物体中。除了能反射信号,还能在传输过程中表达自身的特殊信息,几乎就像一个隐藏起来的条形码或二维码一样,能无形地告知对方自己是什么性质的物体,制编辑是谁,以及与自身实现交互的方法如何等等。

    未来某个时刻,智能物联小物件将会迎来价值增长的爆发点

    早在今年11月30日,该研究成果就在国际计算机图形学和交互技术协会,以及亚洲计算机图形与交互技术展览会上进行了发表。

    研究者指出,智能物联小物件看上去就和3D打印出的普通塑料物一样,之所以能和智能手机“联手”,实现信息读取,是因为几乎所有的智能手机内都安装了磁力计。手机内的指南针App,能让你在世界任何地方读取地球磁场信息,辨别方向。同理,这一套传感器也能检测出铁屑和塑料造成的磁场变化。

    目前展示的一切智能物联小物件都只是雏形,即便能3D打印制作出来,也无法投入市场,变成为大众提供有用价值的商品。但外国媒体预测,未来的某个时刻,智能物联小物件将会迎来价值增长的爆发点。它们将被批量制造出来,用以满足各种各样的目的。想象家中各种不起眼的小零碎都变“智能”是什么感觉?无论是牙刷、咖啡杯、水龙头还是钥匙扣,都能无线连接到互联网。人们可以随时获取各类难以想象的数据信息,随时掌握它们的状态和位置。

    华盛顿大学的科学家们在一份项目报告中指出,这项研究是人类希望实现的物联网长期愿景的一部分。不同于以往,人们使用的所有物体都可以在任何时间、地点进行无缝信息传输。它们不需要另外安装电子线路,也不需要额外提供电源,只是单纯利用自身的机械结构,就能做到这一切。

    该团队目前正在向公众发布他们的3D数据模型,有了成熟模型,每个家庭都可以用自己家的3D打印机来制作这些塑料构件,并在家中自如使用,过上更加智能的日常生活。