Пассивные Wi-Fi датчики помогут зафиксировать прикосновение по изменению сигнала

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.

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.

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.

Григорий Копиев