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无需电池和芯片，这些塑料瓶子也能联网？

晰数塔互联网快讯
2020-10-15 14:34

本文来自微信公众号：极客公园（ID：geekpark），作者：在野，头图来自：IEEE

谈到物联网时，人们默认的理解是，装有电池和芯片的，可以发射或接收信号的物品联网。如今，这一印象可能要被打破了。

近日，IEEE（电气电子工程师学会）的网站发布了一篇文章，介绍了一种新型的物联网方式。一些不包含任何电子元器件，也没有电池的塑料制品也可以联网。比如洗衣液瓶子、药瓶等，空了可以主动发射信号，如果后续连接网上自动下单操作，就能实现“自动续杯”。

这是一种来自华盛顿大学的 3D 打印塑料，这种塑料可以通过反射环境中的 Wi-Fi 信号与智能手机或其它连接 Wi-Fi 的设备通信。就好像在航海和野外探险中经常使用的日光信号镜，通过反射太阳光发射信号，告知同伴位置和意图。

事实上，通过反射 Wi-Fi 信号实现传输并非新鲜事。早在 2014 年，华盛顿大学就研发出了一种叫做被动 Wi-Fi（Passive Wi-Fi）的技术。

电池之痛

对于物联网设备来说，电池一直是痛中之痛，因为终会有没电的一天。

一般而言，物联网设备的电池需要保持一年以上的使用寿命，而受制于体积及成本的考虑，这些设备中的电池往往带电量并不大。这就要求设计人员需要尽最大可能降低功耗，以延长电池的使用时长。对于一些需要被植入人体的传感器来说，电池更是痛点，因为每次更换电池都需要进行手术，伴随而来的是健康安全风险。

基于这样的需求，科研人员开始了研发低功耗芯片的坎坷之路。据专家介绍，目前主流无线协议需要发射功率最少达到 0dBm，即 1mW。考虑到发射机整体效率很低，只有 10% 左右，换算下来需要至少 10mW 的整体功耗。要想降低功耗，最直观的办法是提升发动机的效率，然而效果始终有限。

对于此，华盛顿大学的 Shyam Gollakota Joshua 教授想到了另辟蹊径的办法，并于 2014 年发表在通信行业的顶级会议 SIGCOMM 上。

其实这一原理早就在卫星通讯领域有所应用。由于卫星与地面基站距离遥远，从卫星到基站的信号衰减幅度大，因此需要从卫星发射大功率信号。

然而卫星不论从体积还是电力来说，都难以支撑如此强的信号的产生。因此工程师们采用迂回战术，从地面发射强信号到卫星，再通过可以调制反射光的发射器调整地面信号，将正确的信号反射回地面。

Joshua 教授在物联网通信方面的创新与卫星通信的原理有异曲同工之妙。在物联网设备中嵌入一种名为 Interscatter 的芯片，它可以将环境中的 Wi-Fi 信号调整为设备想要发射的信号，再由接收器进行解码。只不过，虽然 Interscatter 芯片功耗超低，但仍旧需要电池驱动。

塑料联网？

本次 IEEE 文章介绍的新技术，正是 Joshua 教授在其被动 Wi-Fi 技术上的一种改进，但这项改进有可能是革命性的，因为它彻底去掉了电池。

简单来说，研究人员将此前信息传送方式中的 Interscatter 芯片通过另一种方式进行了表达。使用塑料、铜和石墨烯三种原料的混合，制造出一种新的复合材料，将这种材料与普通塑料按照一定的方式排布组合，并用 3D 打印技术制造出来，就拥有了可以对 Wi-Fi 信号进行编码的部分，其意义等于 Interscatter 芯片。

新技术将机械运动转化为信号反射的变化，进而可以传递数据。比如用这种技术制作一个可以调节音量大小的实体滑块，当滑动滑块时，滑块在空间中所处位置的不同将带来不同的反射结果。又比如用这项技术制作的水传感器，当检测到泄漏时，水位低于一定高度，设备的反射信号也与正常状况有所差别。