L'équipe de l'Université de Washington a imprimé en 3D un bras e-NABLE avec un prototype de leur capteur bidirectionnel (bleu et blanc) qui surveille l'ouverture et la fermeture de la main en déterminant l'angle du poignet. Crédit :Mark Stone/Université de Washington
Pas cher et facilement personnalisable, Les appareils imprimés en 3D sont parfaits pour la technologie d'assistance, comme des prothèses ou des flacons de pilules « intelligents » qui peuvent aider les patients à se souvenir de prendre leurs médicaments quotidiens.
Mais ces pièces en plastique n'ont pas d'électronique, ce qui signifie qu'ils ne peuvent pas surveiller la façon dont les patients les utilisent.
Aujourd'hui, les ingénieurs de l'Université de Washington ont développé des appareils imprimés en 3D qui peuvent suivre et stocker leur propre utilisation, sans utiliser de piles ou d'électronique. Au lieu, ce système utilise une méthode appelée rétrodiffusion, à travers lequel un appareil peut partager des informations en réfléchissant les signaux qui lui ont été transmis avec une antenne.
"Nous sommes intéressés à rendre la technologie d'assistance accessible avec l'impression 3D, mais nous n'avons pas de moyen facile de savoir comment les gens l'utilisent, " a déclaré la co-auteur Jennifer Mankoff, professeur à la Paul G. Allen School of Computer Science &Engineering de l'UW. "Pourrions-nous proposer une solution sans circuit qui pourrait être imprimée sur des supports grand public, imprimantes standard et permettre à l'appareil lui-même de collecter des informations ? C'est ce que nous avons montré que c'était possible dans cet article."
L'équipe UW présentera ses conclusions le 15 octobre au Symposium ACM sur les logiciels et la technologie d'interface utilisateur à Berlin.
Des ingénieurs de l'Université de Washington ont créé un prototype imprimé en 3D d'un appareil capable de stocker des informations, comme le nombre de fois où quelqu'un a utilisé un stylo à insuline, en enroulant un ressort à l'intérieur d'un cliquet qui ne peut se déplacer que dans un sens (illustré ici). Lorsque l'utilisateur relâche le cliquet, le ressort se déroule et déplace un engrenage qui déclenche un interrupteur pour contacter une antenne. Chaque contact est compté pour déterminer combien de fois une personne a utilisé l'appareil. Crédit :Mark Stone/Université de Washington
Auparavant, l'équipe a développé les premiers objets imprimés en 3D qui se connectent au Wi-Fi sans électronique. Ces appareils purement en plastique peuvent mesurer si une bouteille de détergent est presque épuisée, puis en commander automatiquement plus en ligne.
« L'utilisation de plastique pour ces applications signifie que vous n'avez pas à vous soucier de l'épuisement des piles ou de l'humidité de votre appareil. Cela peut transformer notre façon de concevoir l'informatique, " a déclaré l'auteur principal Shyam Gollakota, professeur agrégé à la Allen School. "Mais si nous voulons vraiment transformer des objets imprimés en 3D en objets intelligents, nous avons besoin de mécanismes pour surveiller et stocker les données."
Les chercheurs se sont d'abord attaqués au problème de la surveillance. Dans leur étude précédente, leur système suit le mouvement dans une direction, qui fonctionne bien pour surveiller les niveaux de détergent à lessive ou mesurer la vitesse du vent ou de l'eau. Mais maintenant, ils devaient créer des objets capables de surveiller un mouvement bidirectionnel, comme l'ouverture et la fermeture d'un flacon de pilules.
"Dernière fois, nous avions un engrenage qui tournait dans un sens. Au fur et à mesure que le liquide s'écoulait dans l'engrenage, il pousserait un interrupteur vers le bas pour contacter l'antenne, " a déclaré l'auteur principal Vikram Iyer, doctorant au département de génie électrique et informatique de l'UW. "Cette fois, nous avons deux antennes, un en haut et un en bas, qui peut être contacté par un interrupteur attaché à un engrenage. Ainsi, l'ouverture d'un bouchon de bouteille de pilules déplace l'engrenage dans une direction, qui pousse l'interrupteur pour contacter l'une des deux antennes. Et puis la fermeture du bouchon de la bouteille de pilules fait tourner l'engrenage dans la direction opposée, et l'interrupteur touche l'autre antenne."
Les deux antennes sont identiques, l'équipe a donc dû trouver un moyen de décoder la direction dans laquelle le capuchon se déplaçait.
"Les dents de l'engrenage ont un séquençage spécifique qui encode un message. C'est comme le code Morse, " a déclaré le co-auteur Justin Chan, un doctorant à l'école Allen. « Alors, lorsque vous tournez le bouchon dans un sens, vous voyez le message avancer. Mais quand tu tournes le bouchon dans l'autre sens, vous recevez un message inversé."
En plus du suivi, par exemple, mouvement de bouchon de bouteille de pilule, cette même méthode peut être utilisée pour surveiller la façon dont les gens utilisent les prothèses, tels que les bras e-NABLE imprimés en 3D. Ces mains mécaniques, qui s'attache au poignet, sont conçus pour aider les enfants présentant des anomalies de la main à saisir des objets. Lorsque les enfants fléchissent les poignets, les câbles sur la main se resserrent pour fermer les doigts. L'équipe a donc imprimé en 3D un bras e-NABLE avec un prototype de leur capteur bidirectionnel qui surveille l'ouverture et la fermeture de la main en déterminant l'angle du poignet.
Les chercheurs voulaient également créer un objet imprimé en 3D qui pourrait stocker ses informations d'utilisation hors de portée du Wi-Fi. Pour cette application, ils ont choisi un stylo à insuline qui pouvait surveiller son utilisation, puis signaler quand il diminuait.
"Vous pouvez toujours prendre de l'insuline même si vous n'avez pas de connexion Wi-Fi, " a déclaré Gollakota. " Nous avions donc besoin d'un mécanisme qui stocke le nombre de fois que vous l'avez utilisé. Une fois de retour dans la gamme, vous pouvez télécharger ces données stockées dans le cloud."
Cette méthode nécessite un mouvement mécanique, comme la pression d'un bouton, et stocke ces informations en enroulant un ressort à l'intérieur d'un cliquet qui ne peut se déplacer que dans une direction. Chaque fois que quelqu'un appuie sur le bouton, le ressort se resserre. Il ne peut pas se dérouler tant que l'utilisateur n'a pas relâché le cliquet, avec un peu de chance, à portée du capteur de rétrodiffusion. Puis, alors que le printemps se déroule, il déplace un engrenage qui déclenche un interrupteur pour contacter une antenne à plusieurs reprises lorsque l'engrenage tourne. Chaque contact est compté pour déterminer combien de fois l'utilisateur a appuyé sur le bouton.
Ces dispositifs ne sont que des prototypes pour montrer qu'il est possible pour les matériaux imprimés en 3D de détecter un mouvement bidirectionnel et de stocker des données. Le prochain défi sera de prendre ces concepts et de les rétrécir afin qu'ils puissent être intégrés dans de vrais flacons de pilules, prothèses ou stylos à insuline, dit Mankoff.
"Ce système nous donnera une image plus fidèle de ce qui se passe, " dit-elle. " Par exemple, pour le moment, nous n'avons aucun moyen de savoir si et comment les gens utilisent les mains e-NABLE. En fin de compte, ce que j'aimerais faire avec ces données, c'est prédire si les gens vont abandonner ou non un appareil en fonction de la façon dont ils l'utilisent."
