便宜且易于定制的3D打印設(shè)備非常適合輔助技術(shù)，如假肢或“智能”藥瓶，可以幫助患者記住每日服用藥物。

但這些塑料部件沒有電子設(shè)備，這意味著他們無法監(jiān)控患者如何使用它們。

現(xiàn)在，華盛頓大學(xué)的工程師開發(fā)出了可以跟蹤和存儲(chǔ)自己使用的3D打印設(shè)備 - 無需使用電池或電子設(shè)備。相反，該系統(tǒng)使用稱為反向散射的方法，通過該方法，設(shè)備可以通過反射用天線發(fā)送給它的信號(hào)來共享信息。

“我們有興趣通過3D打印制作無障礙輔助技術(shù)，但我們沒有簡(jiǎn)單的方法來了解人們?nèi)绾问褂盟?rdquo;合著者Jennifer Mankoff說，他是UW Paul G. Allen計(jì)算機(jī)學(xué)院的教授?？茖W(xué)與工程。“我們能否提出一種無電路解決方案，可以打印在消費(fèi)級(jí)現(xiàn)成的打印機(jī)上，并允許設(shè)備本身收集信息?這就是我們?cè)诒疚闹姓故镜膬?nèi)容。”

UW團(tuán)隊(duì)將于10月15日在柏林的用戶界面軟件和技術(shù)ACM研討會(huì)上展示其研究成果。

此前，該團(tuán)隊(duì)開發(fā)了第一批連接到無需電子設(shè)備的Wi-Fi的3D打印物。這些純塑料設(shè)備可以測(cè)量洗滌劑瓶是否運(yùn)行不足，然后自動(dòng)在線訂購(gòu)。

“在這些應(yīng)用中使用塑料意味著您不必?fù)?dān)心電池耗盡或設(shè)備變濕。這可能會(huì)改變我們對(duì)計(jì)算的看法，”資深作者艾倫學(xué)校副教授Shyam Gollakota表示。“但如果我們真的想將3D打印對(duì)象轉(zhuǎn)換為智能對(duì)象，我們需要監(jiān)控和存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的機(jī)制。”

研究人員首先解決了監(jiān)測(cè)問題。在他們之前的研究中，他們的系統(tǒng)跟蹤一個(gè)方向的運(yùn)動(dòng)，這適用于監(jiān)測(cè)洗衣粉水平或測(cè)量風(fēng)速或水速。但現(xiàn)在他們需要制作可以監(jiān)控雙向運(yùn)動(dòng)的物體，如打開和關(guān)閉藥瓶。

“上一次，我們有一個(gè)向一個(gè)方向轉(zhuǎn)動(dòng)的齒輪。當(dāng)液體流過齒輪時(shí)，它會(huì)向下推開關(guān)以接觸天線，”主要作者Vikram Iyer說，他是華盛頓大學(xué)電氣與計(jì)算機(jī)系的博士生工程。“這次我們有兩個(gè)天線，一個(gè)在頂部，一個(gè)在底部，可以通過連接到齒輪的開關(guān)接觸。因此，打開藥瓶蓋可以使齒輪向一個(gè)方向移動(dòng)，從而推動(dòng)開關(guān)與其中一個(gè)接觸。兩個(gè)天線。然后關(guān)閉藥瓶蓋使齒輪向相反方向轉(zhuǎn)動(dòng)，開關(guān)撞到另一個(gè)天線。

兩個(gè)天線都是相同的，因此團(tuán)隊(duì)必須設(shè)計(jì)一種方法來解碼上限移動(dòng)的方向。

“齒輪的牙齒有一個(gè)特定的順序，編碼信息。它就像摩爾斯電碼，”共同作者艾倫學(xué)校的博士生Justin Chan說。“因此，當(dāng)您向一個(gè)方向轉(zhuǎn)動(dòng)上限時(shí)，您會(huì)看到前進(jìn)的消息。但是當(dāng)您向另一個(gè)方向轉(zhuǎn)動(dòng)上限時(shí)，您會(huì)收到反向消息。”

除了跟蹤例如藥瓶蓋運(yùn)動(dòng)之外，這種相同的方法還可用于監(jiān)控人們?nèi)绾问褂眉僦?D打印的e-NABLE手臂。這些機(jī)械手安裝在手腕上，旨在幫助手部異常的兒童抓住物體。當(dāng)孩子伸出手腕時(shí)，手上的電纜會(huì)收緊，使手指閉合。因此，團(tuán)隊(duì)3-D打印了一個(gè)帶有雙向傳感器原型的e-NABLE手臂，通過確定手腕的角度來監(jiān)控手的開合。

研究人員還希望創(chuàng)建一個(gè)3D打印對(duì)象，可以在Wi-Fi范圍之外存儲(chǔ)其使用信息。對(duì)于這個(gè)應(yīng)用，他們選擇了一種可以監(jiān)測(cè)其使用的胰島素筆，然后在它變低時(shí)發(fā)出信號(hào)。

“即使你沒有Wi-Fi連接，你仍然可以服用胰島素，”Gollakota說。“因此，我們需要一種機(jī)制來存儲(chǔ)您使用它的次數(shù)。一旦您回到該范圍內(nèi)，您就可以將存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)上傳到云中。”

該方法需要機(jī)械運(yùn)動(dòng)，如按下按鈕，并通過在棘輪內(nèi)卷起彈簧來存儲(chǔ)該信息，該彈簧只能在一個(gè)方向上移動(dòng)。每當(dāng)有人按下按鈕時(shí)，彈簧就會(huì)變得更緊。在用戶釋放棘輪之前，它無法放松，希望在后向散射傳感器的范圍內(nèi)。然后，當(dāng)彈簧展開時(shí)，它會(huì)隨著齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)而移動(dòng)一個(gè)齒輪，該齒輪觸發(fā)開關(guān)以反復(fù)接觸天線。計(jì)算每個(gè)聯(lián)系人以確定用戶按下按鈕的次數(shù)。

這些設(shè)備只是原型，表明3D打印材料可以感知雙向移動(dòng)和存儲(chǔ)數(shù)據(jù)。Mankoff說，接下來的挑戰(zhàn)將是采取這些概念并縮小它們，以便它們可以嵌入真正的藥瓶，假肢或胰島素筆中。

“這個(gè)系統(tǒng)將為我們提供更高保真度的圖片，”她說。“例如，現(xiàn)在我們沒有辦法跟蹤人們是否以及如何使用電子NABLE手。最后我想對(duì)這些數(shù)據(jù)做些什么來預(yù)測(cè)人們是否會(huì)放棄基于設(shè)備關(guān)于他們?nèi)绾问褂盟?ldquo;