Goedkoop en gemakkelijk aanpasbaar, 3D-geprinte apparaten zijn perfect voor ondersteunende technologie, zoals protheses of 'slimme' pillenflesjes die patiënten kunnen helpen eraan te denken hun dagelijkse medicijnen in te nemen.

Maar deze plastic onderdelen hebben geen elektronica, wat betekent dat ze niet kunnen controleren hoe patiënten ze gebruiken.

Nu hebben ingenieurs van de Universiteit van Washington 3D-geprinte apparaten ontwikkeld die hun eigen gebruik kunnen volgen en opslaan, zonder batterijen of elektronica te gebruiken. In plaats daarvan, dit systeem gebruikt een methode genaamd backscatter, waarmee een apparaat informatie kan delen door signalen te reflecteren die er met een antenne naar zijn verzonden.

"We zijn geïnteresseerd in het toegankelijk maken van ondersteunende technologie met 3D-printen, maar we hebben geen gemakkelijke manier om te weten hoe mensen het gebruiken, " zei co-auteur Jennifer Mankoff, een professor aan de Paul G. Allen School of Computer Science &Engineering van de UW. "Kunnen we een circuitloze oplossing bedenken die kan worden afgedrukt op consumentenkwaliteit, kant-en-klare printers en het apparaat zelf informatie laten verzamelen? Dat is wat we in deze krant hebben laten zien dat het mogelijk was."

Het UW-team zal zijn bevindingen op 15 oktober presenteren op het ACM Symposium on User Interface Software and Technology in Berlijn.

Eerder ontwikkelde het team de eerste 3D-geprinte objecten die zonder elektronica verbinding maken met wifi. Deze puur plastic apparaten kunnen meten of een wasmiddelfles bijna leeg is en vervolgens automatisch meer online bestellen.

"Door plastic voor deze toepassingen te gebruiken, hoeft u zich geen zorgen te maken dat de batterijen leeg raken of dat uw apparaat nat wordt. Dat kan de manier waarop we denken over computergebruik veranderen, " zei senior auteur Shyam Gollakota, een universitair hoofddocent aan de Allen School. "Maar als we 3D-geprinte objecten echt willen transformeren in slimme objecten, we hebben mechanismen nodig om gegevens te monitoren en op te slaan."

De onderzoekers pakten eerst het monitoringprobleem aan. In hun eerdere onderzoek hun systeem volgt beweging in één richting, die goed werkt voor het bewaken van het wasmiddelniveau of het meten van wind- of watersnelheid. Maar nu moesten ze objecten maken die bidirectionele bewegingen konden volgen, zoals het openen en sluiten van een pillenflesje.

"Laatste keer, we hadden een versnelling die in één richting draaide. Terwijl vloeistof door het tandwiel stroomde, het zou een schakelaar naar beneden duwen om contact te maken met de antenne, " zei hoofdauteur Vikram Iyer, een promovendus bij de afdeling Electrical &Computer Engineering van de UW. "Deze keer hebben we twee antennes, een aan de bovenkant en een aan de onderkant, die kan worden bereikt door een schakelaar die aan een versnelling is bevestigd. Dus het openen van een dop van een pillenfles beweegt het tandwiel in één richting, die op de schakelaar drukt om contact te maken met een van de twee antennes. En dan de dop van de pillenfles sluiten, draait het tandwiel in de tegenovergestelde richting, en de schakelaar raakt de andere antenne."

Beide antennes zijn identiek, dus moest het team een ​​manier bedenken om te ontcijferen in welke richting de dop bewoog.

"De tanden van het tandwiel hebben een specifieke volgorde die een bericht codeert. Het is net als morsecode, " zei co-auteur Justin Chan, een doctoraatsstudent in de Allen School. "Dus als je de dop in één richting draait, je ziet het bericht vooruitgaan. Maar als je de dop de andere kant op draait, krijg je een omgekeerde melding."

Naast het volgen, bijvoorbeeld, de dopbeweging van de pillenkroon, dezelfde methode kan worden gebruikt om te controleren hoe mensen protheses gebruiken, zoals 3D-geprinte e-NABLE-armen. Deze mechanische handen, die aan de pols hechten, zijn ontworpen om kinderen met handafwijkingen te helpen voorwerpen vast te pakken. Als kinderen hun polsen buigen, kabels aan de hand worden vastgedraaid om de vingers te sluiten. Daarom heeft het team 3D een e-NABLE-arm geprint met een prototype van hun bidirectionele sensor die het openen en sluiten van de hand controleert door de hoek van de pols te bepalen.

De onderzoekers wilden ook een 3D-geprint object maken dat zijn gebruiksinformatie kon opslaan buiten het wifi-bereik. Voor deze toepassing, ze kozen een insulinepen die het gebruik kon controleren en vervolgens kon signaleren wanneer het bijna leeg was.

"Je kunt nog steeds insuline nemen, zelfs als je geen wifi-verbinding hebt, "Zei Gollakota. "Dus we hadden een mechanisme nodig dat opslaat hoe vaak je het hebt gebruikt. Als je weer binnen het bereik bent, je kunt die opgeslagen gegevens uploaden naar de cloud."

Deze methode vereist een mechanische beweging, als het indrukken van een knop, en slaat die informatie op door een veer op te rollen in een ratel die maar in één richting kan bewegen. Elke keer dat iemand op de knop drukt, de veer wordt strakker. Het kan niet ontspannen totdat de gebruiker de ratel loslaat, hopelijk binnen het bereik van de terugverstrooiingssensor. Vervolgens, terwijl de lente zich ontvouwt, het beweegt een tandwiel dat een schakelaar activeert om herhaaldelijk contact te maken met een antenne terwijl het tandwiel draait. Elk contact wordt geteld om te bepalen hoe vaak de gebruiker op de knop heeft gedrukt.

Deze apparaten zijn slechts prototypen om aan te tonen dat het mogelijk is voor 3D-geprinte materialen om bidirectionele beweging te detecteren en gegevens op te slaan. De volgende uitdaging zal zijn om deze concepten te nemen en ze te verkleinen, zodat ze kunnen worden ingebed in echte pillenflessen, protheses of insulinepennen, zei Mankoff.

"Dit systeem zal ons een betrouwbaarder beeld geven van wat er aan de hand is, "zei ze. "Bijvoorbeeld, op dit moment hebben we geen manier om bij te houden of en hoe mensen e-NABLE-handen gebruiken. Wat ik uiteindelijk met deze gegevens wil doen, is voorspellen of mensen een apparaat zullen verlaten of niet op basis van hoe ze het gebruiken."