Американские инженеры разработали пассивные метки с датчиками прикосновения, работающие без аккумулятора и жестких компонентов. При прикосновении к датчику он меняет свойства попадающего на метку сигнала Wi-Fi, и эти изменения можно измерить с помощью приемника Wi-Fi. Метки можно печатать на гибких подложках и использовать в качестве пульта управления или других устройств, некоторые из которых разработчики реализовали в виде прототипов. Посвященная разработке статья была представлена на конференции NSDI 18.

Практически все автономные датчики используют собственный аккумулятор для работы. Это позволяет встроить в них микроконтроллеры и другие электронные компоненты, но требует периодически заряжать устройство. В качестве альтернативы существуют пассивные устройства, работающие за счет внешнего радиосигнала. Но эти устройства, как правило, обладают серьезными недостатками, к примеру, они используют слабо распространенный диапазон частот, работают на небольшом расстоянии или основаны на жестких компонентах, которые нельзя встраивать в развивающуюся сегодня гибкую электронику.

Инженеры под руководством Синьюя Чжана (Xinyu Zhang) из Калифорнийского университета в Сан-Диего разработали гибкие и недорогие пассивные метки с датчиками прикосновения, работающие в диапазоне частот, используемом устройствами с поддержкой Wi-Fi. Метки представляют собой медные дорожки, печатаемые на гибкой полимерно-керамической подложке, используемой для печати тонких микросхем. Их можно напечатать с помощью принтера, который также применяют для печати проводящих дорожек на микросхемах.

Схема работы метки. Chuhan Gao et al. / NSDI 18

Разработанные инженерами метки состоят из двух антенн, которые соединены между собой, причем, между ними находится один или несколько резонаторов, выступающих в роли датчиков. Попадающий на антенны сигнал распространяется к другой антенны и выходит из нее. Принцип действия метки основан на том, что при прохождении через резонаторы коэффициент усиления меняется, причем на каждом резонаторе меняются сигналы определенной частоты. В результате метка имеет свой уникальный спектр изменения сигнала. Прислоненный к резонатору палец нивелирует изменение сигнала, что можно заметить с помощью Wi-Fi приемника.

Разработчики создали несколько меток-прототипов. Одна из них представляет собой панель управления для внешнего устройства. На ней находится несколько кольцевых резонаторов, каждый из которых имеет уникальный ответ на входящий сигнал и выступает в качестве отдельной кнопки, а также группа резонаторов, работающих в качестве сенсорной полоски. Инженеры показали, что на такую панель можно наклеить бумагу с напечатанными на ней кнопками и надписями, и тем самым превратить ее в полноценный контроллер.

Один из контроллеров-прототипов. Chuhan Gao et al. / NSDI 18

Кроме того, разработчики создали умную бутылку, внутри которой закреплена панель с 12 L-образными резонаторами, выстроенными в линию. Вода в бутылке оказывает на резонаторы аналогичное пальцу воздействие, благодаря чему система из передатчика и приемника Wi-Fi-сигнала может определять, сколько воды находится в бутылке.

Испытания показали, что пока метки можно использовать не дальше, чем в метре от приемника Wi-Fi. Кроме того, пока метки нельзя печатать на бумаге, но инженеры планируют добиться этого в будущем.

В прошлом году другая группа американских инженеров разработала отчасти похожий пассивный Wi-Fi-датчик. Он состоит из колеса, антенны и пружины с закрепленным на конце электропроводным материалом. При вращении колеса пружина прижимается к антенне и меняет свойства падающего на антенну сигнала Wi-Fi. Разработчики предложили использовать датчик в качестве энергонезависимого датчика вращения в устройствах, к примеру, анемометре для измерения скорости ветра.

Автор: Григорий Копиев