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沒有電池沒有晶片 這些塑料瓶子正在聯網

談到物聯網時,人們默認的理解是,裝有電池和晶片的,可以發射或接收信號的物品聯網。如今,這一印象可能要被打破了。近日,IEEE(電氣電子工程師學會)的網站發布了一篇文章,介紹了一種新型的物聯網方式。一些不包含任何電子元器件,也沒有電池的塑料製品也可以聯網。比如洗衣液瓶子、藥瓶等,空了可以主動發射信號,如果後續連接網上自動下單操作,就能實現"自動續杯"。

當前仍在研發階段的智能隱形眼鏡

這是一種來自華盛頓大學的3D列印塑料,這種塑料可以通過反射環境中的 Wi-Fi信號與智慧型手機或其它連接 Wi-Fi的設備通信。就好像在航海和野外探險中經常使用的日光信號鏡,通過反射太陽光發射信號,告知同伴位置和意圖。

事實上,通過反射 Wi-Fi信號實現傳輸並非新鮮事。早在2014年,華盛頓大學就研發出了一種叫做被動 Wi-Fi(Passive Wi-Fi)的技術。

電池之痛

對於物聯網設備來說,電池一直是痛中之痛,因為終會有沒電的一天。

一般而言,物聯網設備的電池需要保持一年以上的使用壽命,而受制於體積及成本的考慮,這些設備中的電池往往帶電量並不大。這就要求設計人員需要盡最大可能降低功耗,以延長電池的使用時長。對於一些需要被植入人體的傳感器來說,電池更是痛點,因為每次更換電池都需要進行手術,伴隨而來的是健康安全風險。

基於這樣的需求,科研人員開始了研發低功耗晶片的坎坷之路。據專家介紹,目前主流無線協議需要發射功率最少達到0dBm,即1mW。考慮到發射機整體效率很低,只有10%左右,換算下來需要至少10mW的整體功耗。要想降低功耗,最直觀的辦法是提升發動機的效率,然而效果始終有限。

對於此,華盛頓大學的 Shyam Gollakota Joshua教授想到了另闢蹊徑的辦法,並於2014年發表在通信行業的頂級會議 SIGCOMM上。

其實這一原理早就在衛星通訊領域有所應用。由於衛星與地面基站距離遙遠,從衛星到基站的信號衰減幅度大,因此需要從衛星發射大功率信號。

然而衛星不論從體積還是電力來說,都難以支撐如此強的信號的產生。因此工程師們採用迂迴戰術,從地面發射強信號到衛星,再通過可以調製反射光的發射器調整地面信號,將正確的信號反射回地面。

衛星不論從體積還是電力來說,都難以支撐如此強的信號的產生

Joshua教授在物聯網通信方面的創新與衛星通信的原理有異曲同工之妙。在物聯網設備中嵌入一種名為 Interscatter的晶片,它可以將環境中的 Wi-Fi信號調整為設備想要發射的信號,再由接收器進行解碼。只不過,雖然 Interscatter晶片功耗超低,但仍舊需要電池驅動。

塑料聯網?

本次 IEEE文章介紹的新技術,正是 Joshua教授在其被動 Wi-Fi技術上的一種改進,但這項改進有可能是革命性的,因為它徹底去掉了電池。

簡單來說,研究人員將此前信息傳送方式中的 Interscatter晶片通過另一種方式進行了表達。使用塑料、銅和石墨烯三種原料的混合,製造出一種新的複合材料,將這種材料與普通塑料按照一定的方式排布組合,並用3D列印技術製造出來,就擁有了可以對 Wi-Fi信號進行編碼的部分,其意義等於 Interscatter晶片。

新技術將機械運動轉化為信號反射的變化,進而可以傳遞數據。比如用這種技術製作一個可以調節音量大小的實體滑塊,當滑動滑塊時,滑塊在空間中所處位置的不同將帶來不同的反射結果。又比如用這項技術製作的水傳感器,當檢測到泄漏時,水位低於一定高度,設備的反射信號也與正常狀況有所差別。

Passive Wi-Fi原理圖

目前,研究人員已經將這項技術的 CAD模型開放給3D列印愛好者,以便後者製造自己的"聯網塑料製品"。

不過,這項技術還存在一些未解的難題。比如,當前研究人員用複合材料與普通塑料的交錯組合代表二進位編碼中的0和1,原理類似齒輪的有齒和無齒。這種排列是低密度的,因此能反射的信號也是非常簡單的。

另外,由於設備的移動將導致反射信號的變化,因此目前而言,這種設備還不能是"便攜"的。再者,由於反射信號微弱,因此當空間中存在多個設備時,信號互相之間的干擾會非常明顯。並且,如何處理設備在空間中的散射信號互相之間的干擾更是一個難題。

儘管如此,研究人員仍舊認為這項技術擁有廣泛的市場空間。比如,當洗衣液、麥片等生產廠家使用這種瓶子進行產品包裝,並且能夠與用戶的手機連接,實現自動下單,構建完整的自動化下單鏈條,就能為商家帶來源源不斷的利潤。

革命性的技術在徹底落地之前,往往需要多年的優化與打磨,需要解決問題並且降低成本。就好像如今已經被廣泛使用的深度學習技術,在六十多年前剛剛誕生時是不可被想像的。若此次研發人員真的能夠找出克服上述問題的方法,我們有理由相信,這將是關係到下一代物聯網產品格局的革命性技術。

責任編輯: 時方   來源:極客公園 轉載請註明作者、出處並保持完整。

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