研究人员开发了3D打印对象 可以跟踪和存储它们的使用方式

便宜且易于定制的3D打印设备非常适合辅助技术，如假肢或“智能”药瓶，可以帮助患者记住每日服用药物。

但这些塑料部件没有电子设备，这意味着他们无法监控患者如何使用它们。

现在，华盛顿大学的工程师开发出了可以跟踪和存储自己使用的3D打印设备 - 无需使用电池或电子设备。相反，该系统使用称为反向散射的方法，通过该方法，设备可以通过反射用天线发送给它的信号来共享信息。

“我们有兴趣通过3D打印制作无障碍辅助技术，但我们没有简单的方法来了解人们如何使用它，”合着者Jennifer Mankoff说，他是UW Paul G. Allen计算机学院的教授。科学与工程。“我们能否提出一种无电路解决方案，可以打印在消费级现成的打印机上，并允许设备本身收集信息?这就是我们在本文中展示的内容。”

UW团队将于10月15日在柏林的用户界面软件和技术ACM研讨会上展示其研究成果。

此前，该团队开发了第一批连接到无需电子设备的Wi-Fi的3D打印物。这些纯塑料设备可以测量洗涤剂瓶是否运行不足，然后自动在线订购。

“在这些应用中使用塑料意味着您不必担心电池耗尽或设备变湿。这可能会改变我们对计算的看法，”资深作者艾伦学校副教授Shyam Gollakota表示。“但如果我们真的想将3D打印对象转换为智能对象，我们需要监控和存储数据的机制。”

研究人员首先解决了监测问题。在他们之前的研究中，他们的系统跟踪一个方向的运动，这适用于监测洗衣粉水平或测量风速或水速。但现在他们需要制作可以监控双向运动的物体，如打开和关闭药瓶。

“上一次，我们有一个向一个方向转动的齿轮。当液体流过齿轮时，它会向下推开关以接触天线，”主要作者Vikram Iyer说，他是华盛顿大学电气与计算机系的博士生工程。“这次我们有两个天线，一个在顶部，一个在底部，可以通过连接到齿轮的开关接触。因此，打开药瓶盖可以使齿轮向一个方向移动，从而推动开关与其中一个接触。两个天线。然后关闭药瓶盖使齿轮向相反方向转动，开关撞到另一个天线。

两个天线都是相同的，因此团队必须设计一种方法来解码上限移动的方向。

“齿轮的牙齿有一个特定的顺序，编码信息。它就像摩尔斯电码，”共同作者艾伦学校的博士生Justin Chan说。“因此，当您向一个方向转动上限时，您会看到前进的消息。但是当您向另一个方向转动上限时，您会收到反向消息。”

除了跟踪例如药瓶盖运动之外，这种相同的方法还可用于监控人们如何使用假肢，例如3D打印的e-NABLE手臂。这些机械手安装在手腕上，旨在帮助手部异常的儿童抓住物体。当孩子伸出手腕时，手上的电缆会收紧，使手指闭合。因此，团队3-D打印了一个带有双向传感器原型的e-NABLE手臂，通过确定手腕的角度来监控手的开合。

研究人员还希望创建一个3D打印对象，可以在Wi-Fi范围之外存储其使用信息。对于这个应用，他们选择了一种可以监测其使用的胰岛素笔，然后在它变低时发出信号。

“即使你没有Wi-Fi连接，你仍然可以服用胰岛素，”Gollakota说。“因此，我们需要一种机制来存储您使用它的次数。一旦您回到该范围内，您就可以将存储的数据上传到云中。”

该方法需要机械运动，如按下按钮，并通过在棘轮内卷起弹簧来存储该信息，该弹簧只能在一个方向上移动。每当有人按下按钮时，弹簧就会变得更紧。在用户释放棘轮之前，它无法放松，希望在后向散射传感器的范围内。然后，当弹簧展开时，它会随着齿轮转动而移动一个齿轮，该齿轮触发开关以反复接触天线。计算每个联系人以确定用户按下按钮的次数。

这些设备只是原型，表明3D打印材料可以感知双向移动和存储数据。Mankoff说，接下来的挑战将是采取这些概念并缩小它们，以便它们可以嵌入真正的药瓶，假肢或胰岛素笔中。

“这个系统将为我们提供更高保真度的图片，”她说。“例如，现在我们没有办法跟踪人们是否以及如何使用电子NABLE手。最后我想对这些数据做些什么来预测人们是否会放弃基于设备关于他们如何使用它。“