«Интернет вещей» становится все более распространенной технологией. Многие пользователи гаджетов, имеющих отношение к этой сфере, даже не подозревают о том, как все это работает. В большинстве случаев системы такого типа оснащены специальными чипами, которые обеспечивают возможность выхода в сеть камерам, холодильникам и даже чайникам. Без таких чипов устройства стоили бы гораздо меньше. Но можно ли представить себе возможность взаимодействия с сетью без нужных электронных компонентов?
Оказывается, да. По мнению некоторых специалистов, даже обычная бутылка со смягчителем белья, используемым для стирки, может давать информацию о том, сколько жидкости осталось в бутылке, и не пора ли бежать в магазин за новым смягчителем. Все, что нужно для создания модуля, способного передавать информацию о количестве вещества (или многих других параметрах) — 3D принтер.
Новая технология была разработана в Вашингтонском университете. Специалисты, принявшие участие в проекте, добились возможности создания пластиковых объектов и сенсоров, которые способны собирать и передавать информацию сетевым устройствам. CAD-модели этих систем разработчики уже выложили в сеть. Используя модели, энтузиасты объемной печати смогут разрабатывать различные продукты самостоятельно, пуская их в продажу. Например, это может быть регулятор громкости без аккумулятора и чипа WiFi, кнопка автоматического заказа товаров c Amazon или Ebay, датчик безопасности, предупреждающий пользователя о том, что в доме прорвало трубу.
«Нашей целью было создать что-то, что вы можете наспечатать на принтере дома и подключить к беспроводной сети», — говорит один из участников исследования. «Но наибольшим успехом стало то, что сделать это можно без беспроводных модулей связи, все создаваемые устройства состоят из пластика. Это что-то такое, чего не было ранее».
Принцип работы системы описан в статье, опубликованной еще 30 ноября 2017 года по итогам доклада, сделанного на конференции SIGGRAPH (Conference and Exhibition on Computer Graphics and Interactive Techniques in Asia).
Ничего фантастического здесь нет. Специалисты создали технологии, воспользовавшись методом обратного рассеяния. Он позволяет устройствам обмениваться информацией. В проекте, о котором идет речь, команда заменила некоторые электронные компоненты обычным пластиком. Эти системы используют пластиковые пружины и шестеренки для работы. Все они могут быть без проблем напечатаны на 3D-принтере.
В системах обратного рассеяния используется антенна для передачи данных. Эти данные — отраженное WiFi роутером (или другим устройством) радиоизлучение, которое изменяется определенным образом и отражается вновь. Изменения, внесенные в излучение, носят определенный характер, что позволяет декодировать заложенную в отраженное излучение информацию. Сама антенна, встроенная в пластиковое устройство — это токопроводящее пластиковое волокно или же частицы меди, «встроенные» в пластик.
В случае выполнения пластиковой системы определенной работы (нажатие на кнопку, поворот шестеренки или пружины) проводимость системы меняется, и отражаемое ею радиоизлучение несет в себе определенные изменения. Они, как и говорилось выше, расшифровываются уже беспроводным электронным устройством.
Информация, которая закладывается в излучение, цифровая, то есть это обычная двоичная система из единиц и нулей. Разработчикам удалось добиться этого при помощи специальных шестеренок с зубьями различной конфигурации. Острый зубец — это нуль, затупленный — единица. Работающее устройство передает в беспроводную сеть систему из единиц и нулей, которая и расшифровывается при наличии специального программного обеспечения (в этом случае ничего сложного нет).
Если вернуться к той же бутылке со смягчителем, то для того, чтобы умная домашняя система могла отслеживать количество вещества в ней, нужно просто надеть на горловину модуль с небольшим колесиком с лопастями. Проворачиваясь, система передает сигнал, который улавливает специальное ПО, ведущее мониторинг за количеством вещества в бутылке. «Когда объем смягчителя достигает критического уровня, система понимает это и может отправить заказ в Amazon на получение такой же бутылки со смягчителем. Таким образом, пользователю не придется самому идти в магазин и тратить свое время».
Команда университета при поддержке UW Networks & Mobile Systems Lab распечатала несколько рабочих систем, которые способны вести мониторинг за определенными процессами и передавать информацию беспроводным устройствам. Пластиковые системы, которые распечатали ученые, не слишком сложные, но показательные. Это анемометр, измеритель скорости движения жидкости по трубам и весы. В числе прочих ученые создали и модуль, отслеживающий уровень жидкости в бутылке (именно о таком девайсе упоминалось выше).
Еще ученые создали разного рода переключатели, регуляторы и кнопки из пластика, при помощи которых смогли контролировать умные устройства в офисе.
Такая технология может использоваться и в качестве радиометки, которая не требует электронных компонентов, штрих-кода и прочих идентификационных систем. «Все они похожи на обычные распечатанные на принтере объекты, но их особенность в том, что они изменяют конфигурацию окружающего радиоизлучения и/или магнитного поля».
Исследование было профинансировано Национальным научным фондом, фондом Слоуна и Google.
Автор: Максим Агаджанов
