可印刷的金属标签：将日常用品变成物联网设备！

导读

近日，美国加州大学圣迭戈分校与威斯康星大学麦迪逊分校工程师们开发出一种可印刷的金属标签，可以粘贴到日常用品上，并将它们变成“物联网”设备。

背景

物联网，如今成为了颇受大众关注与追捧的科技领域，其发展的“速度”和“热度”均超乎了我们的想象与预期。越来越多的物体，例如智能手机、智能手表、智能家居、医疗设备，都成为了典型的物联网设备。然而，物联网的规模仍在不断扩大，科学家们正在努力让更多的物体联网。

（图片来源：维基百科）

上个月，笔者介绍过美国普渡大学和弗吉尼亚大学的研究人员开发出一种新型制造方法，制成了可从表面剥离的微型薄膜电子电路。这项技术不仅简化了制造步骤，降低了相关成本，重要的是让任何物体都可以感知环境，或者通过高科技的粘贴物来控制，成为物联网的一员。

（图片来源：普渡大学 / Chi Hwan Lee）

创新

今天，笔者为大家要介绍一项与之前介绍的案例有点类似（原理并不相同）的新技术。近日，美国加州大学圣迭戈分校与威斯康星大学麦迪逊分校工程师们开发出一种可印刷的金属标签，可以粘贴到日常用品上，并将它们变成“物联网”设备。

论文的标题为：“LiveTag：通过无源、无芯片的 WiFi 标签感知人与物之间的交互”（LiveTag: Sensing Human-Object Interaction Through Passive Chipless WiFi Tags）。论文合著者包括威斯康星大学麦迪逊分校的 Chuhan Gao 和 Yilong Li。

团队将他们的研究工作发表在近期召开的关于联网系统设计与实现的USENIX 研讨会上。

技术

科学家们将铜箔图案打印到类似纸张的“柔性”基底上，制成金属标签来反射 WiFi 信号。这种标签的工作方式，从根本上说就像一面“镜子”，反射来自 WiFi 路由器的信号。当用户的手指触摸“镜子”时，它会以一种能被 WiFi 接收器例如智能手机远程感知的方式，干扰反射的 WiFi 信号。

印刷成的超薄柔性 LiveTag 标签与一张照片纸（最左边）进行对比。（图片来源：Xinyu Zhang）

这些标签可以被钉到人们日常触摸和交互的简单物体上，例如水瓶、墙或门。然后，这些物体基本上就会变成联网的智能设备，当有用户与它们交互时，这些智能设备就会发送信号给 WiFi 设备。这些标签也可以制成轻薄的键盘，或者智能家居控制面板，用于远程操控联网的 WiFi 扬声器、智能灯泡和其他物联网电器。

加州大学圣迭戈分校雅各布工程学院电气与计算机工程系教授、加州大学圣迭戈分校无线通信中心成员、相关论文的高级作者 Xinyu Zhang 的团队将这项技术命名为“活标签”（LiveTag）。他们设计的这些金属标签只会反射处于 WiFi 频率范围内的特定信号。通过改变制作这些标签的材料类型和打印成的图案，研究人员可以重新设计这些标签来反射蓝牙、LTE或者蜂窝信号。

作为一项概念验证设计，研究人员采用 LiveTag 制造出一个像纸一样薄的音乐播放器的控制器，它具有播放/暂停按钮、下一个节目按钮和音量的滚动条。按钮与滚动条分别至少由一个金属标签组成，所以触摸任何一个标签就会给 WiFi 设备发送信号。研究人员目前仅测试了采用 LiveTag 音乐播放器的控制器远程触发 WiFi 接收器。但是，他们想象未来，当它粘贴在墙上、沙发扶手、衣服或者其他普通物体表面时，将可以远程控制连接 WiFi 的音乐播放器或者扬声器。

（图片来源：加州大学圣迭戈分校雅各布工程学院）

此外，研究人员也将 LiveTag 做成了一个饮水监测器。他们将它粘贴到塑料水瓶上，并演示了用它监测瓶子中的水位，从而追踪用户摄入的水量。瓶子内的水影响标签响应的方式，与手指触摸的方式相同，但是要求瓶子不能是由金属制成，因为金属会阻挡信号。标签具有多个谐振器，每个都会在特定水位上失谐。研究人员想象这个标签将能够给用户的智能手机推送提醒，来防止脱水。

价值

这些标签没有电池、硅芯片、或者任何离散的电子元件，它们几乎不需要任何维护，无需更换电池，无需修复电路。

Zhang 教授表示：“我们的愿景是扩展物联网，使其超越仅仅是联网的智能手机、智能手表与其他高端设备。我们正在开发低成本、无电池、无芯片、可印刷的传感器，它可以将使日常用品变成物联网的一部分。”

从更广的范围来说，Zhang 教授设想用 LiveTag 技术追踪人类与日常用品的交互。例如，LiveTag 有望作为一个低成本的方案，评估中风患者的恢复。

Zhang 教授表示：“当患者回家时，可以使用这项技术，基于他们与家中日常用品之间的交互，来提供他们的运动数据，例如，他们是否以正常的方式开关门，或者他们是否能够捡起水瓶。他们运动的负荷、强度与频率可被记录下来，并发送给医生来评估他们的恢复。而且，所有这些都可以在他们自己家中舒适地完成，而不是必须回到门诊部进行频繁的运动测试。”

Zhang 教授表示，另外一个例子就是标记零售店的产品，并根据他们触摸的产品评估客户的兴趣。商店可以采用 LiveTag 技术替代摄像头，让用户有更多的隐私。

未来

研究人员指出了这项技术的几个局限因素。目前，LiveTag 无法配合距离超过1米的 WiFi 接收器工作，所以他们正努力改善标签的灵敏度和检测范围。团队的最终目标，是开发一种采用普通纸张和墨水打印标签的方法，这将使它们量产起来更加便宜。

关键字

参考资料

【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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