神奇：研究人員開發無需電子就能連接到WiFi中的3D列印物體

圖1、3D列印的支援WiFi連接的物體

圖2、支持wifi連接的3D列印出來的洗滌液瓶蓋

華盛頓大學的研究團隊正在向公眾提供CAD模型， 3D列印愛好者將能夠使用市場上銷售的塑膠製造出能夠與其他智慧設備進行無線通訊的物體。 這些物體可能包括一個控制音樂音量的免電池滑塊， 一個自動從亞馬遜訂購更多玉米片的按鈕， 或者一個當探測到洩漏時向您的手機發送警告的水感測器。 根據該團隊介紹， 他們的目標是創造出任何家中都能使用的3-D印表機能夠列印出任何物體， 並且這些列印出來的物體能夠將有用的資訊發送給其他設備。

但是， 最大的挑戰是如何僅使用塑膠就能夠與WiFi進行無線通訊？這是以前沒有人能夠做到的。

這個系統在電腦協會SIGGRAPH亞洲電腦圖形和交互技術會議和展覽會（Association for Computing Machinery’s SIGGRAPH Conference and Exhibition on Computer Graphics and Interactive Techniques ）上發表的一篇論文中進行了描述。

圖3、就像機械手表一樣的3D 列印wifi連接模型

為了實現能夠與商用WiFi接收機進行通信的3D列印物體， 該團隊採用了背向散射技術（backscatter techniques）， 以允許設備交換資訊。 在這種情況下， 該團隊實現了通過彈簧， 齒輪， 開關和其他可以3D列印的部件來啟動機械運動， 取代了傳統的由電子部件執行的一些功能 - 就像借助允許無電池機械手表保持記錄時間的原理一樣。

圖4、3D列印的背向散射開關

背向散射系統使用天線通過反射由WiFi路由器或者其他設備發射的無線電信號來傳輸資料。

嵌入在這些反射模式中的資訊可以由WiFi接收器解碼。 在這種情況下， 天線被包含在由塑膠與銅混合的導電印刷絲製成的3D列印物體中。 物理運動 - 例如推動按鈕， 使肥皂液流出瓶子， 轉動旋鈕， 從加重的工具臺上取下錘子 - 等機械運動都能觸發3D列印物體中的其他位置的齒輪和彈簧， 導致導電開關間歇性地接通或者斷開與天線之間的連接並改變其反射狀態。

圖5、3D列印出來的物體發出的Wifi連接信號

而相應的資訊 - 以1和0的形式呈現出來的 - 將由齒輪上的齒的存在或者不存在的狀態來進行編碼。 螺旋彈簧的能量驅動齒輪系統， 齒輪的寬度和形狀控制背向散射開關與天線之間的接觸的時間，

從而產生可由WiFi接收器解碼的反射信號的圖案。

圖6、支援3D列印WiFi的洗滌劑模型

例如， 當一個瓶子裡倒了某種清潔劑時， 齒輪轉動的速度告訴我們有多少肥皂液流出來了。 3D列印開關和天線之間的相互作用使得能夠無線傳輸資料。 然後， 接收機可以跟蹤洗滌劑的剩餘量， 當它低於一定量時， 它可以自動發送消息給亞馬遜應用程式來訂購更多的洗滌劑。

圖7、各種3D列印出來的能夠進行wifi連接的工具

來自華盛頓大學（UW）網路和移動系統實驗室的這個團隊使用3-D印表機列印了幾種不同的工具， 包括風速計， 水流量計和刻度尺等， 它們能夠將資訊成功感知並發送到其他連接的設備上。

他們列印了一個用來跟蹤和訂購洗衣洗滌劑的流量計，

以及一個可用於管理庫存或者測量每個試管中液體量的試管架。 該團隊還通過3D列印列印除了其它的WiFi輸入小部件， 如按鈕， 旋鈕和滑塊， 也可以定制為與家中的其他智慧設備進行通信的部件， 並實現豐富的“能交談的物體”的生態系統， 可以無縫地感知周圍環境並與之交互。

圖8、3D列印的Wi-Fi感測器

圖（8）、（a）測量風速的風速計（b）測量水速的流量計（c）測量重量的刻度。

使用不同類型的3D列印燈絲， 將塑膠和鐵結合在一起， 團隊還利用磁性來隱藏3D列印物體的靜態資訊 - 這可能包括庫存條碼識別或者關於物體的某種機器人如何與它交互的資訊。 它看起來像一個普通的3D列印物件， 但裡面的資訊可以通過智慧手機讀取。

圖9、Wi-Fi輸入小部件

圖9、（a）按鈕（b）旋鈕（c）滑塊

圖10、3D列印的MagLink對象：用磁場編碼的功能和藝術3D列印物件的示例

這項研究由美國國家科學基金會， Alfred P. Sloan獎學金以及Google提供資金來資助的。

（完）