談到物聯(lián)網(wǎng)時(shí)，人們默認(rèn)的理解是，裝有電池和芯片的，可以發(fā)射或接收信號(hào)的物品聯(lián)網(wǎng)。如今，這一印象可能要被打破了。近日，IEEE(電氣電子
談到物聯(lián)網(wǎng)時(shí)，人們默認(rèn)的理解是，裝有電池和芯片的，可以發(fā)射或接收信號(hào)的物品聯(lián)網(wǎng)。如今，這一印象可能要被打破了。
近日，IEEE(電氣電子工程師學(xué)會(huì))的網(wǎng)站發(fā)布了一篇文章，介紹了一種新型的物聯(lián)網(wǎng)方式。一些不包含任何電子元器件，也沒(méi)有電池的塑料制品也可以聯(lián)網(wǎng)。比如洗衣液瓶子、藥瓶等，空了可以主動(dòng)發(fā)射信號(hào)，如果后續(xù)連接網(wǎng)上自動(dòng)下單操作，就能實(shí)現(xiàn)「自動(dòng)續(xù)杯」。
這是一種來(lái)自華盛頓大學(xué)的3D 打印塑料，這種塑料可以通過(guò)反射環(huán)境中的 Wi-Fi 信號(hào)與智能手機(jī)或其它連接 Wi-Fi 的設(shè)備通信。就好像在航海和野外探險(xiǎn)中經(jīng)常使用的日光信號(hào)鏡，通過(guò)反射太陽(yáng)光發(fā)射信號(hào)，告知同伴位置和意圖。
事實(shí)上，通過(guò)反射 Wi-Fi 信號(hào)實(shí)現(xiàn)傳輸并非新鮮事。早在2014年，華盛頓大學(xué)就研發(fā)出了一種叫做被動(dòng) Wi-Fi(Passive Wi-Fi)的技術(shù)。
電池之痛
對(duì)于物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備來(lái)說(shuō)，電池一直是痛中之痛，因?yàn)榻K會(huì)有沒(méi)電的一天。
一般而言，物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的電池需要保持一年以上的使用壽命，而受制于體積及成本的考慮，這些設(shè)備中的電池往往帶電量并不大。這就要求設(shè)計(jì)人員需要盡最大可能降低功耗，以延長(zhǎng)電池的使用時(shí)長(zhǎng)。對(duì)于一些需要被植入人體的傳感器來(lái)說(shuō)，電池更是痛點(diǎn)，因?yàn)槊看胃鼡Q電池都需要進(jìn)行手術(shù)，伴隨而來(lái)的是健康安全風(fēng)險(xiǎn)。
基于這樣的需求，科研人員開(kāi)始了研發(fā)低功耗芯片的坎坷之路。據(jù)專(zhuān)家介紹，目前主流無(wú)線協(xié)議需要發(fā)射功率最少達(dá)到0dBm，即1mW。考慮到發(fā)射機(jī)整體效率很低，只有10% 左右，換算下來(lái)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(fā)射機(jī)的效率，然而效果始終有限。
對(duì)于此，華盛頓大學(xué)的 Shyam Gollakota Joshua 教授想到了另辟蹊徑的辦法，并于2014年發(fā)表在通信行業(yè)的頂級(jí)會(huì)議 SIGCOMM 上。
其實(shí)這一原理早就在衛(wèi)星通訊領(lǐng)域有所應(yīng)用。由于衛(wèi)星與地面基站距離遙遠(yuǎn)，從衛(wèi)星到基站的信號(hào)衰減幅度大，因此需要從衛(wèi)星發(fā)射大功率信號(hào)。
然而衛(wèi)星不論從體積還是電力來(lái)說(shuō)，都難以支撐如此強(qiáng)的信號(hào)的產(chǎn)生。因此工程師們采用迂回戰(zhàn)術(shù)，從地面發(fā)射強(qiáng)信號(hào)到衛(wèi)星，再通過(guò)可以調(diào)制反射光的發(fā)射器調(diào)整地面信號(hào)，將正確的信號(hào)反射回地面。
Joshua 教授在物聯(lián)網(wǎng)通信方面的創(chuàng)新與衛(wèi)星通信的原理有異曲同工之妙。在物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備中嵌入一種名為 Interscatter 的芯片，它可以將環(huán)境中的 Wi-Fi 信號(hào)調(diào)整為設(shè)備想要發(fā)射的信號(hào)，再由接收器進(jìn)行解碼。只不過(guò)，雖然 Interscatter 芯片功耗超低，但仍舊需要電池驅(qū)動(dòng)。
塑料聯(lián)網(wǎng)?
本次 IEEE 文章介紹的新技術(shù)，正是 Joshua 教授在其被動(dòng) Wi-Fi 技術(shù)上的一種改進(jìn)，但這項(xiàng)改進(jìn)有可能是革命性的，因?yàn)樗鼜氐兹サ袅穗姵亍?/p>
簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，研究人員將此前信息傳送方式中的 Interscatter 芯片通過(guò)另一種方式進(jìn)行了表達(dá)。使用塑料、銅和石墨烯三種原料的混合，制造出一種新的復(fù)合材料，將這種材料與普通塑料按照一定的方式排布組合，并用3D 打印技術(shù)制造出來(lái)，就擁有了可以對(duì) Wi-Fi 信號(hào)進(jìn)行編碼的部分，其意義等于 Interscatter 芯片。
新技術(shù)將機(jī)械運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為信號(hào)反射的變化，進(jìn)而可以傳遞數(shù)據(jù)。比如用這種技術(shù)制作一個(gè)可以調(diào)節(jié)音量大小的實(shí)體滑塊，當(dāng)滑動(dòng)滑塊時(shí)，滑塊在空間中所處位置的不同將帶來(lái)不同的反射結(jié)果。又比如用這項(xiàng)技術(shù)制作的水傳感器，當(dāng)檢測(cè)到泄漏時(shí)，水位低于一定高度，設(shè)備的反射信號(hào)也與正常狀況有所差別。
目前，研究人員已經(jīng)將這項(xiàng)技術(shù)的 CAD 模型開(kāi)放給3D 打印愛(ài)好者，以便后者制造自己的「聯(lián)網(wǎng)塑料制品」。
不過(guò)，這項(xiàng)技術(shù)還存在一些未解的難題。比如，當(dāng)前研究人員用復(fù)合材料與普通塑料的交錯(cuò)組合代表二進(jìn)制編碼中的0和1，原理類(lèi)似齒輪的有齒和無(wú)齒。這種排列是低密度的，因此能反射的信號(hào)也是非常簡(jiǎn)單的。
另外，由于設(shè)備的移動(dòng)將導(dǎo)致反射信號(hào)的變化，因此目前而言，這種設(shè)備還不能是「便攜」的。再者，由于反射信號(hào)微弱，因此當(dāng)空間中存在多個(gè)設(shè)備時(shí)，信號(hào)互相之間的干擾會(huì)非常明顯。并且，如何處理設(shè)備在空間中的散射信號(hào)互相之間的干擾更是一個(gè)難題。
盡管如此，研究人員仍舊認(rèn)為這項(xiàng)技術(shù)擁有廣泛的市場(chǎng)空間。比如，當(dāng)洗衣液、麥片等生產(chǎn)廠家使用這種瓶子進(jìn)行產(chǎn)品包裝，并且能夠與用戶的手機(jī)連接，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)下單，構(gòu)建完整的自動(dòng)化下單鏈條，就能為商家?guī)?lái)源源不斷的利潤(rùn)。
革命性的技術(shù)在徹底落地之前，往往需要多年的優(yōu)化與打磨，需要解決問(wèn)題并且降低成本。就好像如今已經(jīng)被廣泛使用的深度學(xué)習(xí)技術(shù)，在六十多年前剛剛誕生時(shí)是不可被想象的。若此次研發(fā)人員真的能夠找出克服上述問(wèn)題的方法，我們有理由相信，這將是關(guān)系到下一代物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)品格局的革命性技術(shù)。
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