به عصر اینترنت پلاستیک‌ها خوش آمدید

وقتی در مورد اینترنت اشیا (IoT) صحبت می‌کنیم، در واقع درباره دستگاه‌هایی حرف می‌زنیم که درون شبکه با هم در ارتباطند و برای جمع آوری و ارسال داده، نیاز به تجهیزات الکترونیکی و در نتیجه باتری دارند. اما در مورد وسایلی که پلاستیکی هستند و درون خود از قطعات الکترونیکی نیستند چه؟

حالا محققان دانشگاه واشنگتن، با استفاده از پرینترهای سه بعدی، قطعات پلاستیکی ساخته‌اند که می‌توانند با گوشی‌های هوشمند یا سایر دستگاه‌های مجهز به وای‌فای ارتباط برقرار کنند؛ آن هم بدون داشتن تجهیزات الکترونیکی و باتری.

سابقه این تحقیق به کار پیشینی برمی‌گردد که در سال 2014 در همین دانشگاه انجام شد. در آن سال، تیم محققان تراشه‌های بی‌نیاز به باتری را ابداع کردند که از طریق بازتابش یا عدم بازتابش سیگنال‌های روتر وای‌فای، بیت‌ها را منتقل می‌کردند.

اما چالش سیستم‌های بازتابش (backscatter) سیگنال وای‌فای این است که این دستگاه‌ها به قطعات الکترونیکی مانند سوییچ RF نیاز دارند که بتواند بین حالت‌های بازتابش و عدم بازتابش، تغییر حالت دهد.

همچنین مدارمنطقی‌های دیجیتالی که سوییچ را برای کد کردن داده‌ها و منبع تغذیه را کنترل کند، مورد نیاز خواهد بود.

در تحقیق جدید، تیم محققان دانشگاه واشنگتن توانسته‌اند، تجهیزات بی‌سیم را به کمک چاپ سه بعدی درون قطعات پلاستیکی ایجاد کند.

محققان به این منظور، با استفاده از نوارهای پلاستیکی، برای هر قطعه الکترونیکی، یک معادل آنالوگ چاپ‌شدنی غیر الکترونیکی ساخته‌اند و آن را درون یک واحد رایانشی طراحی کرده‌اند.

محققان مدل‌های CAD خود را در دسترس علاقه‌مندان به چاپ سه بعدی قرار داده‌اند تا آنان نیز بتوانند اشیای IoT خود را خلق کنند.

این طراحی‌ها شامل یک دکمه کشویی بدون باتری برای کنترل ولوم موسیقی، دکمه‌ای برای سفارش خودکار برشتوک (cornflakes) از یک سایت تجارت الکترونیکی و حسگر آبی است که وقتی نشتی آب را شناسایی کند، به گوشی کاربر هشدار می‌فرستد.

شیام گولاکوتا (Shyam Gollakota) استادیار دانشگاه واشنگتن که به همراه دانشجوهایش، ویکرام آیر (Vikram Iyer) و جاستین چان (Justin Chan) این تحقیق را انجام داده است، می‌گوید: ما از عملگرهای مکانیکی برای انتقال بی‌سیم اطلاعات از اشیای پلاستیکی استفاده کردیم.

محققان که در طول چند سال گذشته از مقاله اولیه، به طور مداوم روی این فناوری کار کرده‌اند، از یک سیستم مکانیکی برای تامین انرژی اشیا استفاده کرده‌اند. برای مثال، وقتی کسی در یک بطری مواد شوینده را باز می‌کند، جنبش مکانیکی حاصل از پیچاندن در بطری، انرژی مورد نیاز برای برقرای ارتباط و ارسال داده‌ها را تامین می‌کند.

گولاکوتا می‌گوید: ما این حرکات مکانیکی را به تغییرات در بازتابش آنتن برای ارتباطات داده‌ای تبدیل می‌کنیم. فرض کنید یک فرستنده وای‌فای وجود دارد که سیگنال ارسال می‌کند. این سیگنال‌ها از اشیای پلاستیکی بازتابیده می‌شوند و ما می‌توانیم مقدار بازتابش از این اشیای پلاستیکی را با استفاده از سیستم جنبش مکانیکی کنترل کنیم.

محققان برای اطمینان از اینکه اشیای پلاستیکی می‌توانند سیگنال‌های وای‌فای را بازتاب دهند، از مواد کامپوزیت پلاستیکی با قابلیت رسانایی استفاده کرده‌‌اند. این مواد پلاستیکی با مس و گرافن پر شده‌اند.

گولاگوتا توضیح می‌دهد: این طراحی به ما امکان می‌دهد که از پرینترهای سه بعدی معمولی برای چاپ این اشیا استفاده کنیم و ضمنا اطمینان حاصل کنیم که وقتی یک سیگنال وای‌فای در فضا موجود باشد، این اشیای پلاستیکی، با داشتن آنتن مناسب با استفاده از پلاستیک کامپوزیت، می‌توانند آن سیگنال را بازتاب دهند.

چالش بعدی برای محققان، ارسال داده‌های جمع‌آوری شده بود. به این منظور، محققان بیت‌های صفر و یک را به صورت چرخ دنده‌‌های پلاستیکی با چاپ سه بعدی طراحی کردند، به این ترتیب که وجود دنده به معنای یک و نبود دنده به معنای صفر باشد. این چرخ دنده‌ها بسته به اینکه بیت صفر را انتقال می‌دهند یا بیت یک، سیگنال وای‌فای را به شیوه‌های متفاوت بازتاب می‌دهند.

گولاکوتا می‌گوید: در این طراحی، دو بخش در آنتن وجود دارد. وقتی چرخ دنده حرکت می‌کند، بسته به اینکه محتوای بیت صفر یا یک باشد، دو بخش آنتن به هم متصل یا هم از هم جدا می‌شوند. این وضعیت، بازتاب سیگنال را در دریافت کننده بی‌سیم مشخص می‌کند.

محققان برای این فناوری، بازار تجاری خوبی را پیش‌بینی می‌کنند.

به گفته گولاکوتا، وب‌سایت‌های تجارت الکترونیکی تمایل دارند بدانند که مشتریان، چگونه با اشیای خریداری شده، تعامل دارند. با این فناوری، وب‌سایت‌ها می‌توانند بفهمند که مثلا یک بطری حاوی مواد شوینده، خالی شده و دوباره باید پر شود.

محققان خود نمونه‌ای اولیه هم از یک بطری شوینده ارایه کرده‌اند که خالی‌شدنش را گزارش می‌کند. به گفته  آنان، این فناوری می‌تواند در موارد متعدد دیگری هم به کار رود. مثلا در بیمارستان‌ها، می‌توان برای ردگیری باز و بسته شدن درب شیشه قرص از آن استفاده کرد.

منبع: آی‌تی‌من

ویکی پلاست | مرجع بازار صنعت پلاستیک