3d打印设备便宜且易于定制，是辅助技术的完美选择，比如假肢或“智能”药瓶，可以帮助患者记住每天服药。

但这些塑料部件没有电子设备，这意味着它们无法监控患者如何使用它们。

现在，华盛顿大学的工程师们已经开发出了3d打印设备，可以跟踪和存储自己的使用情况，而无需使用电池或电子设备。相反，该系统使用一种称为反向散射的方法，通过这种方法，设备可以通过反射天线传输到它的信号来共享信息。

“我们对3d打印辅助技术感兴趣，但我们没有简单的方法知道人们是如何使用它的，”合著者说詹妮弗·曼考夫他是华盛顿大学保罗·g·艾伦计算机科学与工程学院的教授。“我们能否提出一种无电路的解决方案，既能在消费级现成的打印机上打印，又能让设备本身收集信息?”这就是我们在这篇论文中所展示的可能性。”

华盛顿大学代表队将出席其调查结果10月15日美国计算机学会用户界面软件与技术研讨会在柏林。

之前，该团队开发了第一个无需电子设备就能连接Wi-Fi的3d打印物品．这些纯塑料设备可以测量洗涤剂瓶是否用完，然后自动在网上订购更多。

“在这些应用中使用塑料意味着你不必担心电池耗尽或设备被弄湿。这可以改变我们对计算的看法，”资深作者说Shyam Gollakota他是艾伦学院的副教授。“但如果我们真的想把3d打印的物体变成智能物体，我们需要监控和存储数据的机制。”

研究人员首先解决了监控问题。在他们之前的研究中，他们的系统在一个方向上跟踪运动，这对于监测洗衣粉的含量或测量风或水的速度很有效。但现在他们需要制造能够监测双向运动的物体，比如药瓶的打开和关闭。

“上次，我们有一个齿轮朝一个方向转动。当液体流过齿轮时，它会推动开关向下接触天线，”主要作者说Vikram艾耶他是华盛顿大学电气与计算机工程系的博士生。“这次我们有两个天线，一个在上面，一个在下面，可以通过连接在齿轮上的开关联系。因此，打开药瓶盖会使齿轮朝一个方向移动，从而推动开关与两个天线中的一个接触。然后关上药瓶盖，使齿轮转向相反的方向，开关击中另一个天线。”

两个天线都是相同的，所以研究小组必须想出一种方法来解码帽子移动的方向。

“齿轮的牙齿有一个特定的序列，可以编码信息。这就像摩尔斯电码，”合著者说贾斯汀陈他是艾伦学院的博士生。“所以当你向一个方向转动瓶盖时，你会看到向前的信息。但当你把瓶盖转向另一个方向时，你会得到相反的信息。”

除了跟踪，例如，药丸瓶盖的运动，同样的方法可以用来监测人们如何使用假肢，如3d打印e-NABLE武器．这些机械手附着在手腕上，旨在帮助手部异常的儿童抓取物体。当孩子弯曲手腕时，手上的绳子会收紧，使手指闭合。因此，该团队3d打印了一个带有双向传感器原型的e-NABLE手臂，该传感器通过确定手腕的角度来监测手的张开和闭合。

研究人员还想创建一个3d打印对象，可以在Wi-Fi范围之外存储其使用信息。对于这个应用程序，他们选择了一种胰岛素笔，它可以监测胰岛素的使用情况，然后在胰岛素下降时发出信号。

“即使你没有Wi-Fi连接，你仍然可以服用胰岛素，”Gollakota说。“所以我们需要一种机制来存储你使用它的次数。一旦你回到这个范围内，你就可以将存储的数据上传到云端。”

这种方法需要一个机械运动，比如按下按钮，并通过在一个只能向一个方向移动的棘轮内卷起弹簧来存储该信息。每次有人按下按钮，弹簧就会变得更紧。在用户释放棘轮之前，它无法展开，希望是在反向散射传感器的范围内。然后，当弹簧松开时，它移动一个齿轮，触发一个开关，在齿轮转动时反复接触天线。对每次接触进行计数，以确定用户按下按钮的次数。

这些设备只是展示3d打印材料可以感知双向运动和存储数据的原型。Mankoff说，下一个挑战将是把这些概念缩小，这样它们就可以嵌入到真正的药瓶、假肢或胰岛素笔中。

她说:“这个系统将为我们提供一个更高保真度的画面。”“例如，目前我们没有办法追踪人们是否以及如何使用e-NABLE手。最终，我想用这些数据来预测人们是否会根据他们的使用方式放弃一款设备。”

华盛顿大学机械工程系的本科生Ian Culhane也是这篇论文的合著者。这项研究是由国家科学基金会和谷歌教师奖资助的。

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