可印刷的金屬標籤：將日常用品變成物聯網設備！

08-24

導讀

近日，
美國加州大學聖迭戈分校
與
威斯康星大學麥迪遜分校
工程師們開發出一種可印刷的金屬標籤，可以粘貼到日常用品上，並將它們變成「物聯網」設備。

背景

物聯網

，如今成為了頗受大眾關注與追捧的科技領域，其

發展的「速度」和「熱度」均超乎了我們的想像與預期。越來越多的物體，例如

智能手機、智能手錶、智能家居、醫療設備

，都成為了典型的物聯網設備。

然而，物聯網的規模仍在不斷擴大，科學家們正在努力讓更多的物體聯網。

（圖片來源：維基百科）

上個月，筆者介紹過美國普渡大學和弗吉尼亞大學的研究人員開發出一種

新型製造方法

，製成了可從表面剝離的微型薄膜電子電路。這項技術不僅簡化了製造步驟，降低了相關成本，重要的是讓任何物體都可以感知環境，或者通過高科技的粘貼物來控制，成為物聯網的一員。

（圖片來源：普渡大學 / Chi Hwan Lee）

創新

今天，筆者為大家要介紹一項與之前介紹的案例有點類似（原理並不相同）的新技術。近日，美國加州大學聖迭戈分校與威斯康星大學麥迪遜分校工程師們開發出一種可印刷的金屬標籤，可以粘貼到日常用品上，並將它們變成「物聯網」設備。

論文的標題為：「LiveTag：通過無源、無晶元的 WiFi 標籤感知人與物之間的交互」（LiveTag: Sensing Human-Object Interaction Through
Passive Chipless WiFi Tags）。論文合著者包括威斯康星大學麥迪遜分校的 Chuhan Gao 和 Yilong Li。

團隊將他們的研究工作發表在近期召開的關於聯網系統設計與實現的USENIX 研討會上。

技術

科學家們將銅箔圖案列印到類似紙張的「柔性」基底上，製成金屬標籤來反射 WiFi 信號。這種標籤的工作方式，從根本上說就像一面「鏡子」，反射來自 WiFi 路由器的信號。當用戶的手指觸摸「鏡子」時，它會以一種能被 WiFi 接收器例如智能手機遠程感知的方式，干擾反射的 WiFi 信號。

印刷成的超薄柔性 LiveTag 標籤與一張照片紙（最左邊）進行對比。（圖片來源：Xinyu Zhang）

這些標籤可以被釘到人們日常觸摸和交互的簡單物體上，例如水瓶、牆或門。然後，這些物體基本上就會變成聯網的智能設備，當有用戶與它們交互時，這些智能設備就會發送信號給 WiFi 設備。這些標籤也可以製成輕薄的鍵盤，或者智能家居控制面板，用於遠程操控聯網的 WiFi 揚聲器、智能燈泡和其他物聯網電器。

加州大學聖迭戈分校雅各布工程學院電氣與計算機工程系教授、加州大學聖迭戈分校無線通信中心成員、相關論文的高級作者 Xinyu Zhang

的團隊將這項技術命名為「

活標籤

」（

LiveTag

）。他們設計的這些金屬標籤只會反射處於 WiFi 頻率範圍內的特定信號。通過改變製作這些標籤的材料類型和列印成的圖案，研究人員可以重新設計這些標籤來反射藍牙、LTE或者蜂窩信號。

作為一項概念驗證設計，研究人員採用 LiveTag 製造出一個像紙一樣薄的音樂播放器的控制器，它具有播放/暫停按鈕、下一個節目按鈕和音量的滾動條。按鈕與滾動條分別至少由一個金屬標籤組成，所以觸摸任何一個標籤就會給 WiFi 設備發送信號。研究人員目前僅測試了採用 LiveTag 音樂播放器的控制器遠程觸發 WiFi 接收器。但是，他們想像未來，當它粘貼在牆上、沙發扶手、衣服或者其他普通物體表面時，將可以遠程控制連接 WiFi 的音樂播放器或者揚聲器。

（圖片來源：加州大學聖迭戈分校雅各布工程學院）

此外，研究人員也將 LiveTag 做成了一個飲水監測器。他們將它粘貼到塑料水瓶上，並演示了用它監測瓶子中的水位，從而追蹤用戶攝入的水量。瓶子內的水影響標籤響應的方式，與手指觸摸的方式相同，但是要求瓶子不能是由金屬製成，因為金屬會阻擋信號。標籤具有多個諧振器，每個都會在特定水位上失諧。研究人員想像這個標籤將能夠給用戶的智能手機推送提醒，來防止脫水。

價值

這些標籤沒有電池、硅晶元、或者任何離散的電子元件，它們幾乎不需要任何維護，無需更換電池，無需修複電路。

Zhang

教授表示：「我們的願景是擴展物聯網，使其超越僅僅是聯網的智能手機、智能手錶與其他高端設備。我們正在開發低成本、無電池、無晶元、可印刷的感測器，它可以將使日常用品變成物聯網的一部分。」

從更廣的範圍來說，Zhang 教授設想用 LiveTag 技術追蹤人類與日常用品的交互。例如，LiveTag 有望作為一個低成本的方案，評估中風患者的恢復。

Zhang 教授表示：「當患者回家時，可以使用這項技術，基於他們與家中日常用品之間的交互，來提供他們的運動數據，例如，他們是否以正常的方式開關門，或者他們是否能夠撿起水瓶。他們運動的負荷、強度與頻率可被記錄下來，並發送給醫生來評估他們的恢復。而且，所有這些都可以在他們自己家中舒適地完成，而不是必須回到門診部進行頻繁的運動測試。」

Zhang 教授表示，另外一個例子就是標記零售店的產品，並根據他們觸摸的產品評估客戶的興趣。商店可以採用 LiveTag 技術替代攝像頭，讓用戶有更多的隱私。

未來

研究人員指出了這項技術的幾個局限因素。目前，LiveTag 無法配合距離超過1米的 WiFi 接收器工作，所以他們正努力改善標籤的靈敏度和檢測範圍。團隊的最終目標，是開發一種採用普通紙張和墨水列印標籤的方法，這將使它們量產起來更加便宜。

關鍵字

物聯網

、WiFi、標籤

參考資料

【1】http://jacobsschool.ucsd.edu/news/news_releases/release.sfe?id=2614

【2】

https://pages.cs.wisc.edu/~chuhan/wp-content/uploads/LiveTag_NSDI.pdf

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