我们的目标是，不使用电池或任何电子元件，3D打印无线传感器，输入物体可以与之通信智能手机和其他WiFi设备。这一物联网新愿景来自华盛顿大学副教授ShyamGollakota和两名博士生VikramIyer和JustinChan。据IEEE网站介绍，三人早在2017年就发表了初步研究成果，论文名为3D打印无线连接对象（3Dprintingwirelessconnecteddevices），VikramIyer和JustinChan为合著者。那么，没有电池加持，物联网靠什么连接万物呢？三人给出的答案是：塑料。背向散射技术首先需要解释一个词：“背向散射”。在物理学中，后向散射是指波、粒子等从它们来的方向发生的反射。广泛应用于天文、摄影和医学超声检查。我们都听过这个名字的雷达系统背后的基本原理就是反向散射。推而广之，这个词也可以理解为设备本身并不产生信号，而只是反射发射的信号，从而达到通信的目的。此前，市场调研公司Gartner发布了未来5年将出现的十大无线通信技术趋势，包括WiFi、5G、V2X（无线车联网）、远距离无线充电等对散技术。据了解，反向散射技术能够以极低的功耗发送数据，对于物联网设备的应用具有一定的意义。事实上，华盛顿大学在这项技术上已经取得了很多成果，例如：实现了几种无线通信协议之间的通信；设计一种几乎为零功耗的设备，其数据传输距离可达2.8公里；开发了不插电视频流解决方案等。最值得注意的是，2014年华盛顿大学的一组研究人员实现了一种无电池芯片（battery-lesschips），它可以通过两种方式传输比特：通过反射或不反射WiFi路由器的信号。有了这种反向散射，设备就可以通过调制其在空间中对WiFi信号的反射来简单地进行通信。“塑料物联网”和ShyamGollakota教授的研究就是基于这种无电池芯片。根据IEEE的说法，WiFi反向散射系统面临的挑战之一是它需要多个电子元件（主要包括在反射和非反射状态之间切换的RF开关，控制开关编码适当数据的数字逻辑，以及功率为所有电子元件供电的电源/集电极）。三人研究的最大创新在于将WiFi反向散射技术与3D打印技术相结合，通过商用3D打印机创建无线设备，然后用塑料丝将它们集成到单一的计算设计中。正如ShyamGollakota所说：我们通过塑料物体进行无线传输。IEEE也根据这种设计给网络起了一个形象的名字：IoPT（InternetofPlasticThings，塑料物联网）。扭转瓶盖为三人组的研究提供动力，自2017年发表初步研究以来，该研究一直在继续，他们的想法之一是使用机械运动为设备提供动力。怎么做？这很容易！当我们拧开一瓶洗涤剂时，只需拧动瓶盖即可为数据传输提供动力。具体来说，扭转瓶盖的机械动作会转化为天线反射的变化，就像WiFi发射器发送信号一样。然后这些信号被塑料物体反射，反射量可以通过调节机械运动来控制。据了解，为了确保塑料物体能够反射WiFi信号，研究人员使用了具有导电性能并含有铜和石墨烯刨花的复合塑料细丝。数据是如何传递的？创建反光材料后，三人面临的下一个挑战是如何传达收集到的数据。为了解决这个问题，三人组的做法非常巧妙——由基本字符0、1组成的二进制语言对应3D打印的塑料齿轮。齿轮上有齿和无齿分别对应0位和1位，根据传输的1位或0位反映WiFi信号。对此，ShyamGollakota解释道：我们将天线设计成两部分，两部分的连接或断开对应于0位和1位。在这样的布局中，三人利用了许多传感器的机械特性和旨在为反向散射设计提供动力的小型组件。三者的巧思还体现在设计上：按钮可以从用户的交互中获取能量，圆形塑料弹簧组合可以储存能量。业务场景据IEEE报道，该团队已经为3D打印爱好者发布了这款“塑料物联网”的CAD模型。这使您可以DIYIoT设备，从控制音乐音量的无电池滑块到在检测到水管泄漏时向您的手机发送警报的传感器。该论文还展示了一款3D打印的WiFi智能设备——一个附有“剩余量计”的潮牌洗衣液瓶，可以跟踪剩余的洗涤剂量并自动补充。当然，如果脑洞够大，在电商平台设计一个自动下单的按钮也不是不可以。感觉双十一有希望了！尽管公开了CAD模型，但三位研究人员为他们的杰作设想了广泛的商业应用场景，例如：在征得用户同意后，电商平台可以通过“塑料物联网”了解用户的购物体验，并在此基础上完善平台功能；在“即时医疗”场景下，监测患者打开或关闭药瓶的时间或使用情况。可见，这种“塑料物联网”不仅创新了万物互联的方式，也有可能改变我们智能时代的生活。
