Pillere veya şarj etmeye gerek yok, 3D baskılı plastik ürünler WiFi üzerinden bilgi aktarabilir!
Evinizdeki çamaşır deterjanı şişesinin otomatik algılama işlevi olduğunu hayal edin.Çamaşır deterjanı neredeyse bitmek üzereyken, şişe sipariş için otomatik olarak İnternet'e bağlanacaktır.Şimdi, bu sihirli etki gerçek oldu!
Son zamanlarda, Washington Üniversitesi'ndeki bir araştırma ekibi, yukarıdaki fikirleri ilk kez 3B baskı plastik nesneler ve sensörler aracılığıyla gerçekleştirdi. Bu sensörler yararlı veriler toplayabilir ve diğer kablosuz olarak bağlı cihazlarla bağımsız olarak iletişim kurabilir .
Figure | Washington Üniversitesi'ndeki mühendisler ilk kez, diğer elektronik cihazların yardımı olmadan WiFi'ye bağlanabilen 3B baskılı plastik bir nesne geliştirdiler. Resimdeki 3 boyutlu baskılı obje, şişede ne kadar deterjan kaldığını algılayabilir, neredeyse bittiğinde bu obje otomatik olarak deterjanı yenileyebilir.
Çalışmanın baş yazarı, Washington Üniversitesi'nden Yardımcı Doçent Shyam Gollakota canlı bir şekilde şöyle açıkladı: Tide şişesinden deterjan döktüğünüzde, dişlilerin hızında ne kadar sıvı aktığını bilirsiniz. Dışarı çıkar ve 3 boyutlu baskılı anahtar ile anten arasındaki etkileşim sayesinde veriler kablosuz olarak cihazınıza iletilebilir.Daha sonra alıcı ne kadar deterjan kaldığını takip edebilir ve belli bir miktarın altına düştüğünde Daha fazla deterjan sipariş etmek için Amazon uygulamanıza otomatik olarak mesaj gönderebilirsiniz. "
Bu etkiyi elde etmenin anahtarı Backscatter teknolojisi . Fizikte geri saçılma, dalgaların, parçacıkların veya sinyallerin geldikleri yönden yansımasını ifade eder. Bu teknoloji aynı zamanda "pasif WIFI" teknolojisinin temel bileşenidir.
"Pasif WIFI" teknolojisi de Shyam Gollakota tarafından icat edildi ve bir zamanlar Massachusetts Institute of Technology Review tarafından 2016 yılında "En İyi On Çığır Açan Teknolojiden" biri olarak seçildi. "Pasif WIFI" teknolojisi, kablosuz güç kaynağı ve WiFi kombinasyonunu gerçekleştirmek için geri saçılım kullanır.Çevresindeki radyo dalgası sinyallerini elektrik enerjisi olarak kullanabilir ve veri iletimi için WiFi ağı ile bağlantı kurabilir.
Shyam Gollakota aynı zamanda bir kablosuz teknoloji uzmanıdır ve cihazları pil kullanmadan çalıştırmak için yöntemler icat etmektedir. 2014 gibi erken bir tarihte, 28 yaşında, "Massachusetts Teknoloji Enstitüsü İnceleme" olarak derecelendirildi. 3 5 inçten küçük 35 küresel teknoloji yenilikçisi .
Şekil Shyam Gollakota
En son sonuçlarda, liderlik ekibi tarafından tasarlanan geri saçılma sistemi, veri iletimini sağlamak için kablosuz sinyalleri yansıtmak için anteni kullanır: WiFi yönlendirici veya diğer ekipman tarafından gönderilen sinyal, anten tarafından geri yansıtılır ve yansıyan sinyal, veri bilgilerinin iletimini gerçekleştirmek için WiFi alıcısı tarafından çözülür.
Ekip, bu amaçla, normal elektrikli bileşenlerin yerini alacak yaylar, dişliler, anahtarlar ve diğer 3B yazdırılabilir parçalardan oluşan mekanik bir hareket sistemini benimsedi. Ayrıca, yeni sistem elektrik sisteminin bazı işlevlerini de uygulayabilir Prensipte, bu sistem pilsiz bir saatin normal zamanı korumasını da sağlayabilir. Araştırma sonuçları 30 Kasım ACM İşlemleri on Graphics dergisinde yayınlandı.
Önceki "pasif WiFi" teknolojisi ile karşılaştırıldığında, Shyam Gollakota'nın sonuçları bu sefer daha "topraklanmış". Cihazlar, gücü açmadan veya pil kullanmadan bilgi iletmek için WiFi'ye bağlanmakla kalmaz, aynı zamanda bu cihazlar 3D yazıcılarla yapılabilir. dışarı gel! Örneğin, yukarıda bahsedilen "akıllı çamaşır deterjanı şişesinde", ister çamaşır deterjanı takibi ve siparişi için bir akış ölçer, isterse envanteri yönetmek veya test tüplerindeki sıvı miktarını ölçmek için kullanılabilen bir test tüpü rafı olsun, hepsi 3D olarak yazdırılmıştır.
Şekil | 3D baskılı anemometre (solda), su sayacı (orta) ve kadran (sağda)
Washington Üniversitesi'nde elektrik mühendisliği alanında doktora öğrencisi olan ortak yazar vikram iyer, Amacımız, insanların evde bazı nesneleri kolayca oluşturmak için 3D yazıcıları kullanabilmelerini ve bu nesnelerin diğer cihazlara iletmek için yararlı bilgiler toplamasını sağlamak. Ancak en büyük zorluk, yalnızca plastik kullanarak WiFi kablosuz iletişimini nasıl elde edeceğinizdir? Ve bu daha önce kimsenin yapmadığı bir şey. "
Şekil | Bu geri saçılma sisteminde, 3B basılı nesneye (ortada) bir anten yerleştirilir, ardından WiFi yönlendiriciden (solda) gelen sinyal yansıtılır ve yeniden kodlanır ve son olarak bir cep telefonunun, bilgisayarın veya başka bir cihazın WiFi alıcısı (Sağ) Yansıtılan sinyalin kodunu çözün.
Bu geri saçılım sisteminde, araştırmacılar 3 farklı anten tasarımı gösterdiler - dipol, papyon ve yama. 2.4GHz WiFi frekansının dalga boyu yaklaşık 6 cm'dir.Dipol anten için genişliği küçüktür ve dalga boyunun sadece yarısı kadardır ve 3D baskılı nesnelere kolayca entegre edilebilir. Ve bu anten geniş bir huzme ve düşük yönlülüğe sahiptir, bu nedenle esnek bir şekilde düzenlenebilir.
Papyon şeklindeki Papyon anteni, dipolden daha geniş bir ışına ve daha büyük bir bant genişliğine sahiptir, bu da onu üretim hatalarına daha uygun hale getirir.
Yama anteni yalnızca nesneden sinyal yayabilir, ancak diğer ikisinden daha fazla sinyal kazancına sahiptir.
Şekil | 3D baskılı anten
2.4GHzWiFi frekansı altında, araştırmacılar üç antenin alınan gücünü test ettiler ve bunları sinyal vericiye bağlı ortak tek kutuplu antenle karşılaştırdılar. Dipole ve Bowtie antenleri tarafından alınan güç, sıradan antenlerin aldığı güçle hemen hemen aynıdır.
Şekil | 2.4GHz Wi-Fi frekansında üç anten ile geleneksel antenler arasında alınan gücün karşılaştırması
Araştırma ekibi, anteni yeniden tasarlamanın yanı sıra çeşitli farklı mekanizmalara sahip anahtarlar da yarattı. Hayatta, şişeden çamaşır deterjanı dökmek, çekiç alet masasından uzaklaştırmak ve diğer fiziksel eylemler gibi itme veya bükme gibi birçok "doğal düğme" vardır. Bu farklı fiziksel hareketler için, antenin bağlantısını kesmek ve bağlamak için farklı tetik anahtarlarına ihtiyaç vardır, böylece antenin yansıma durumu değişir. Bu nedenle, araştırmacılar farklı mekanizmalarla çeşitli anahtarlar icat ettiler. Konsol (Konsol), basma düğmesi (basma düğmesi), yay tahrikli (Yay tahrikli).
Bu anahtarların kendine has özellikleri vardır. Dirsekli anahtar ve antenin kombinasyonu, tıpkı faremiz veya klavyemiz gibi otomatik sekmeyi gerçekleştirebilir, böylece anten aralıklı olarak bağlanabilir; basmalı düğme, anten durumunun daha uzun süre bakımını gerçekleştirebilir; yayla çalıştırılır Tip anahtarı, küçük kuvvetlere karşı daha hassastır, daha hızlı yanıt süresine ve daha büyük bir yanıt genliğine sahiptir.
Şekil | Üç tip 3D baskılı geri saçılım anahtarı - (a, b) konsol tipi, (c, d) düğme tipi, (e, f) yaylı tip, sol taraf basmadan önce, sağ taraf basıldıktan sonra.
Şekil | Üç 3D baskılı anahtarın yanıt süresi ile yanıt genliğinin karşılaştırması
Ek olarak, araştırmacılar bilgileri kodlamak için eksik (0) ve mevcut (1) dişlileri akıllıca kodladılar ve geri saçılım anahtarı ile anten arasındaki temas süresini kontrol etmek için dişlilerin genişliğini ve boyutunu değiştirdiler. Sarmal yay tarafından üretilen enerji, bu dişli sistemini çalıştırabilir ve ardından WiFi alıcısı tarafından çözülen karşılık gelen yansıyan sinyali üretebilir.
Resim | Sol: kodlamasız 24 dişli bir dişli; orta: kodlamalı bir dişli, dişli dişlerinin varlığı 1 ve dişlerin yokluğu 0; sağ: çift diş genişliği kodlamalı bir dişli
Şekil | 3D baskılı enerji depolama cihazı. (A) Sarmal yaylı enerji depolaması. (B) İtmeli tip enerji depolama
Şekil | 3D baskılı dişli (beyaz) ve yay (mavi) gri bir yüzey üzerinde iletken plastikten yapılmış beyaz bir kutu ile birlikte bir anahtar oluşturur. Bu anahtar, 3D baskılı antenin (gri şerit) yansıma durumunu değiştirebilir, böylece faydalı bilgileri WiFi alıcısına iletebilir. Dişlinin şekli ve dönüş hızı kablosuz sinyale kodlanacaktır.
Yukarıdaki çalışmayı tamamladıktan sonra, kablosuz bağlantı elde etmek için yalnızca bu yayları, dişlileri, anahtarları ve nesneleri 3D baskı teknolojisini kullanarak yazdırmamız gerekiyor.
Şekil | Washington Üniversitesi'ndeki bilgisayar bilimcilerinden ve elektrik mühendislerinden oluşan bir ekip ayrıca bilgisayarlar, telefonlar ve diğer WiFi bağlantılı cihazlarla kablosuz olarak etkileşime girebilen 3B yazdırılmış plastik kaydırma tekerlekleri, kaydırıcılar ve düğmeler sağladı.
Ayrıca, plastik ve demir ile karıştırılmış başka bir 3B baskılı filamentin manyetik özelliklerinin yardımıyla araştırmacılar, 3B baskılı nesnenin statik bilgi kodlamasını gerçekleştirdi. Statik kodlar kullanılarak, barkodlar ürünlere yazılabilir veya nesne kullanım bilgileri, robotlara onlarla nasıl etkileşime gireceklerini bildirmek için programlanabilir.
Washington Üniversitesi'nde doktora öğrencisi ve tezin ortak yazarı Justin Chan, Sıradan bir 3B basılı nesneye benziyor ama içinde görünmez bilgiler var. Bu bilgiyi akıllı telefonunuzda deşifre ederek görebilirsiniz. . "
Figure | Washington Üniversitesi'nin araştırma ekibi, bazı 3B baskı malzemelerinin manyetik özelliklerinin kullanılmasının, nesneler üzerinde statik kodlama yapabileceğini ve bu da depo kargo takibine ve makineden makineye etkileşime yardımcı olacağını kanıtladı.
Şekil | 3D baskılı gözlüklerin kodunu çözmek için cep telefonundaki manyetik sensörü kullanma
Şimdi, Washington Üniversitesi Ağlar ve Mobil Sistemler Laboratuvarı'nın 3B baskı ekibi, anemometreler, su sayaçları ve kadranlar gibi, aynı zamanda WiFi'ye bağlı diğer cihazlara başarılı bir şekilde bilgi alıp gönderebilen küçük nesneler de yazdırdı.
Araştırma ekibi tarafından sağlanan, WiFi'ye bağlanabilen düğmeler, düğmeler ve kaydırıcılar gibi 3B yazdırılmış widget'lar da özelleştirilebilir ve evdeki diğer akıllı cihazlarla iletişim kurabilir, böylece zengin bir ev "algı" ekosistemi gerçekleştirerek Bu nesneler çevredeki ortamı sorunsuz bir şekilde algılar ve onunla etkileşime girer.
Siz de böyle bir sistem yapmak istiyorsanız endişelenmeyin.Ekibin kamuoyuna sunduğu CAD modelinin yardımıyla, 3B baskı meraklıları, nesneleri basmak için piyasada bulunan baskı plastiklerini kullanabilir ve basılı nesneler de diğerleriyle karşılaştırılabilir. Akıllı cihazlar kablosuz iletişimi gerçekleştirir. Bu nesneler, müziğin sesini kontrol eden pilsiz bir kaydırıcı veya Amazon'dan otomatik olarak daha fazla mısır gevreği sipariş eden bir düğme veya bir sızıntı tespit ettiğinde telefonunuzu uyaran bir su sensörü olabilir. .
Bugün, Nesnelerin İnterneti çağı bize yaklaşıyor ve yaklaşıyor ve 3B yazdırılmış İnternet bağlantılı cihazlar, algılama, oyun, izleme ve robotik dahil olmak üzere çok çeşitli uygulamalarla gelecekteki Nesnelerin İnterneti için de önemli bir unsur haline gelecek. Araştırmacılar ayrıca, hayatın tüm yönlerine elektronik bileşenler gerektirmeyen bu kablosuz bağlantılı 3B basılı nesneyi uygulamak ve sonuçta birlikte çalışabilirlik ekosistemi oluşturmak için bir sonraki çalışmalarını dört gözle bekliyorlar.
