Arriva l’Internet of Plastic Things, non sono necessarie batterie o elettronica
I contenitori dei detersivi e i flaconi delle pillole potrebbero presto ordinare le proprie ricariche
Quando i tecnologi parlano di ” Internet of Things ” (IoT), spesso ignorano il fatto che tutte queste cose interconnesse necessitano di batterie ed elettronica per svolgere il lavoro di raccolta ed elaborazione dei dati mentre comunicano tra loro. Questo lavoro è reso ancora più impegnativo se si considera che molti degli oggetti che vorremmo collegare sono realizzati in plastica e non hanno componenti elettronici incorporati al loro interno.
Ora i ricercatori dell’Università di Washington hanno escogitato un modo per utilizzare la plastica stampata in 3D per creare oggetti che comunicano con smartphone o altri dispositivi Wi-Fi senza la necessità di batterie o elettronica.
Questa ricerca si basa su un precedente lavoro presso l’Università di Washington risalente al 2014 in cui un altro team di ricerca ha utilizzato chip senza batteria che trasmettono i loro bit riflettendo o non riflettendo i segnali di un router Wi-Fi. Con questo tipo di retrodiffusione, un dispositivo comunica modulando il suo riflesso del segnale Wi-Fi nello spazio.
La sfida con i sistemi di retrodiffusione Wi-Fi esistenti è che richiedono più componenti elettronici, inclusi interruttori RF in grado di alternare tra stati riflettenti e non riflettenti, logica digitale che controlla l’interruttore per codificare i dati appropriati e una fonte di alimentazione / raccoglitore che alimenta tutti questi componenti elettronici.
In questa ultima ricerca, il team dell’Università di Washington è stato in grado di sfruttare questa tecnologia di backscatter Wi-Fi per la geometria 3D e creare dispositivi wireless facili da stampare utilizzando stampanti 3D comuni. Per ottenere ciò, i ricercatori hanno costruito analoghi non elettronici e stampabili per ciascuno di questi componenti elettronici utilizzando filamenti di plastica e li hanno integrati in un unico progetto computazionale.
I ricercatori stanno rendendo i loro modelli CAD disponibili agli appassionati di stampa 3D in modo che possano creare i propri oggetti IoT. I design includono uno slider senza batteria che controlla il volume della musica, un pulsante che ordina automaticamente più cornflakes da un sito di e-commerce e un sensore dell’acqua che invia un allarme al telefono quando rileva una perdita.
“Stiamo usando l’attivazione del meccanismo per trasmettere informazioni in modalità wireless da questi oggetti di plastica”, ha spiegato Shyam Gollakota , professore associato presso l’Università di Washington, che con gli studenti Vikram Iyer e Justin Chan, ha pubblicato il loro articolo originale sulla ricerca nel 2017 .
I ricercatori, che hanno lavorato costantemente alla tecnologia sin dal loro articolo originale, hanno sfruttato il movimento meccanico per fornire energia ai loro oggetti. Ad esempio, quando qualcuno apre una bottiglia di detersivo, il movimento meccanico di svitamento della parte superiore fornisce la potenza per comunicare i dati.
“Traduciamo questo movimento meccanico in cambiamenti nelle riflessioni dell’antenna per comunicare i dati”, ha detto Gollakota. “Supponiamo che ci sia un trasmettitore Wi-Fi che invia segnali. Questi segnali si riflettono sull’oggetto di plastica; possiamo controllare la quantità di riflessi che arrivano da questo oggetto plastico modulandolo con il movimento meccanico. “
Per garantire che gli oggetti in plastica possano riflettere i segnali Wi-Fi, i ricercatori impiegano materiali compositi di filamenti di plastica con proprietà conduttive. Questi assumono la forma di plastica con limatura di rame e grafene.
“Questi ci consentono di utilizzare stampanti 3D standard per stampare questi oggetti, ma assicurano anche che quando c’è un segnale Wi-Fi ambientale nell’ambiente, questi oggetti di plastica possono rifletterli progettando un’antenna appropriata utilizzando queste plastiche composite, “Ha detto Gollakota.
Una volta creato il materiale riflettente, la sfida successiva per i ricercatori è stata quella di comunicare i dati raccolti. I ricercatori hanno ingegnosamente tradotto i bit 0 e 1 dell’elettronica tradizionale codificando questi bit come ingranaggi di plastica stampati in 3D. Un bit 0 e 1 sono codificati rispettivamente con la presenza e l’assenza di dente sull’ingranaggio. Questi ingranaggi riflettono il segnale WiFi in modo diverso a seconda che stiano trasmettendo 1 bit o 0 bit.
“Il modo di pensare è che hai due parti di un’antenna”, ha spiegato Gollakota. “Man mano che l’ingranaggio si muove, ea seconda che stiamo usando uno 0 bit o un 1 bit, colleghiamo o scolleghiamo le due parti disgiunte dell’antenna. Questo cambia i riflessi visti da un ricevitore wireless “.
In questa disposizione, la natura meccanica di molti sensori e widget viene sfruttata per alimentare il design a retrodiffusione. “Abbiamo progetti computazionali che utilizzano pulsanti per raccogliere energia dall’interazione dell’utente, nonché una combinazione di molle circolari in plastica per immagazzinare energia”, ha aggiunto Gollakota.
Mentre i ricercatori stanno commercializzando la loro tecnologia rendendo i loro modelli CAD disponibili agli appassionati di stampa 3D, immaginano un mercato commerciale abbastanza ampio per la tecnologia.
Gollakota ha suggerito che i siti di e-commerce vorrebbero sapere come un utente potrebbe interagire con gli oggetti che vendono (dopo che l’utente ha dato il consenso, ovviamente). Ciò potrebbe avvisare un sito di e-commerce che un contenitore necessita di una ricarica. Ad esempio, i ricercatori hanno dimostrato un prototipo di un flacone di detersivo che potrebbe segnalare quando è vuoto.
Ma forse ancora più consequenziale è l’idea che questa tecnologia possa essere utilizzata in situazioni mediche point-of-care, come il monitoraggio quando un flacone di pillola viene aperto o chiuso o quanto viene utilizzato l’uso della penna per insulina.
Gollakota ha aggiunto: “In una versione recente di questo lavoro, abbiamo dimostrato che non solo possiamo inviare dati wireless, ma possiamo anche memorizzare informazioni su come l’oggetto è stato utilizzato al di fuori della portata wireless e queste informazioni possono essere caricate premendo un pulsante quando la persona si trova nel raggio di azione della stazione base. “
