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物聯網無需電池!可將塑料瓶連接到網絡以擰緊瓶蓋以提供電源



我們的目標是不使用電池或任何電子組件,3D打印無線傳感器以及可以與智能手機和其他WiFi設備通信的輸入對象。 物聯網的新願景來自華盛頓大學副教授Shyam Gollakota和兩名博士生Vikram Iyer和Justin Chan。

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根據IEEE網站,三人組早在2017年就宣布了他們的初步研究結果。該論文的標題為3D打印無線連接對象(3D打印無線連接對象),這是Vikram Iyer和Justin Chan的聯合作品。

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那麼,沒有電池的祝福,物聯網如何連接一切呢?

這三個給出的答案是:塑料。

反向散射技術

首先,需要解釋一個詞:“反向散射”。

在物理學中,後向散射是指波和粒子從其發出的方向反射。 它被廣泛用於天文學,攝影和醫學超聲。 我們都聽說過的雷達系統背後的基本原理是反向散射。

通過擴展,該術語也可以理解為設備本身不生成信號,而僅反映所傳輸的信號以實現通信的目的。

此前,市場研究公司Gartner發布了十項主要的無線通信技術趨勢,這些趨勢將在未來五年內出現。 其中包括我們熟悉的WiFi,5G,V2X(無線汽車網絡),遠程無線充電等。 邁向散射技術。

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可以理解,後向散射技術可以以非常低的功耗發送數據,這對於物聯網設備的應用具有一定的意義。

實際上,華盛頓大學在這項技術上一直取得了巨大的成就,例如:

  • 實現幾種無線通信協議之間的通信;

  • 設計了一種功耗幾乎為零的設備,其數據傳輸距離可以達到2.8公里;

  • 開發了沒有插件電源等的視頻流解決方案。

最值得注意的是,2014年,華盛頓大學的一組研究團隊實施了無電池芯片(無電池芯片)。 該芯片以兩種方式傳輸位:反射或不反射WiFi路由器的信號。 。 通過這種反向散射,該設備僅通過調製其對空間中WiFi信號的反射即可實現通信。

“塑料物聯網”

Shyam Gollakota教授的研究基於這種無電池芯片。

根據IEEE報告,WiFi背向散射系統面臨的主要挑戰是,它需要各種電子組件(主要包括可以在反射和非反射狀態之間切換的RF開關,控制開關對適當數據進行編碼的數字邏輯,以及用於為所有電子組件供電的電源/收集器。

這三人研究的最大創新是將WiFi反向散射技術和3D打印技術相結合,通過商用3D打印機創建無線設備,然後將它們集成到帶有塑料細絲的單個可計算設計中。

正如Shyam Gollakota所說:

我們已經通過塑料物體實現了無線傳輸。

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IEEE還基於該設計為網絡賦予了一個生動的名稱:IoPT(塑料物聯網)。

擰緊蓋子以提供動力

自2017年發布初步研究結果以來,這三個人的研究一直沒有結束。 他們的想法之一是使用機械運動為設備供電。

怎麼做? 很簡單!

擰開清潔劑塑料瓶時,只需擰動瓶蓋即可為數據傳輸提供動力。

具體來說,擰緊瓶蓋的機械動作將轉變為天線反射的變化,就像WiFi發射器正在發送信號一樣。 隨後,這些信號將被塑料物體反射,並且可以通過調整機械運動來控制反射量。

據了解,為了確保塑料物體能夠反射WiFi信號,研究人員使用了包含銅和石墨烯芯片的導電複合塑料燈絲。

數據如何通信?

創建了反射材料之後,三者的下一個挑戰是如何傳達收集的數據。

為了解決此問題,三重奏的方法非常巧妙-由基本字符0和1組成的二進制語言對應於3D打印的塑料齒輪。

齒輪和非齒輪分別對應於位0和位1,並且根據傳輸的位1或位0反射WiFi信號。

對此,Shyam Gollakota解釋說:

我們將天線分為兩部分,這兩部分的連接或斷開分別對應於位0和位1。

在此佈局中,三位研究人員利用許多傳感器和小零件的機械特性為反向散射設計提供了動力。 三重奏的獨創性也體現在設計中:按鈕可以從用戶交互中獲取能量,圓形塑料彈簧的組合可以存儲能量。

業務場景

根據IEEE報告,該團隊已經為3D打印愛好者發布了“塑料物聯網”的CAD模型。

這樣,每個人都可以DIY IoT設備,例如可以控制音樂音量的無電池滑蓋,以及在檢測到水管洩漏時將警報發送到手機的傳感器。

該論文還展示了3D打印的WiFi智能設備-潮汐洗衣液瓶,該洗衣液瓶連接到“盈餘表”,可以跟踪剩餘的洗滌劑量並自動補充。

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當然,如果大腦足夠大,那麼設計能夠自動在電子商務平台上下訂單的按鈕並不是不可能的。 我覺得雙十一有希望搶貨!

即使發布了CAD模型,三位研究人員也為他們的傑作設想了多種商業應用場景,例如:

  • 經用戶同意,電子商務平台可以通過“塑料物聯網”了解用戶的購物體驗,並以此為基礎完善平台的功能;

  • 在“即時醫療”方案中,將監視患者打開或關閉藥瓶的時間或使用情況。

可以看出,這種“塑料物聯網”不僅創新了萬物互聯的方式,而且還可能改變我們在智能時代的生活。

參考資料:

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