Economico e facilmente personalizzabile, I dispositivi stampati in 3D sono perfetti per la tecnologia assistiva, come protesi o flaconi di pillole "intelligenti" che possono aiutare i pazienti a ricordare di prendere i loro farmaci quotidiani.

Ma queste parti in plastica non hanno l'elettronica, il che significa che non possono monitorare come i pazienti li stanno usando.

Ora gli ingegneri dell'Università di Washington hanno sviluppato dispositivi stampati in 3D in grado di tracciare e memorizzare il proprio utilizzo, senza utilizzare batterie o dispositivi elettronici. Anziché, questo sistema utilizza un metodo chiamato backscatter, attraverso il quale un dispositivo può condividere informazioni riflettendo i segnali che gli sono stati trasmessi con un'antenna.

"Siamo interessati a rendere accessibile la tecnologia assistiva con la stampa 3D, ma non abbiamo un modo semplice per sapere come le persone lo usano, " ha detto la co-autrice Jennifer Mankoff, un professore nella Paul G. Allen School of Computer Science &Engineering dell'UW. "Potremmo trovare una soluzione senza circuito che possa essere stampata su stampanti standard e consentire al dispositivo stesso di raccogliere informazioni? Questo è ciò che abbiamo mostrato che era possibile in questo documento".

Il team UW presenterà i suoi risultati il ​​15 ottobre all'ACM Symposium on User Interface Software and Technology a Berlino.

In precedenza il team ha sviluppato i primi oggetti stampati in 3D che si collegano al Wi-Fi senza elettronica. Questi dispositivi puramente di plastica possono misurare se una bottiglia di detersivo sta per esaurirsi e quindi ordinarne automaticamente altri online.

"Utilizzare la plastica per queste applicazioni significa che non devi preoccuparti che le batterie si esauriscano o che il tuo dispositivo si bagni. Questo può trasformare il modo in cui pensiamo all'informatica, ", ha affermato l'autore senior Shyam Gollakota, professore associato alla Allen School. "Ma se vogliamo davvero trasformare oggetti stampati in 3D in oggetti intelligenti, abbiamo bisogno di meccanismi per monitorare e memorizzare i dati".

I ricercatori hanno affrontato per primi il problema del monitoraggio. Nel loro precedente studio, il loro sistema segue il movimento in una direzione, che funziona bene per monitorare i livelli di detersivo per bucato o misurare la velocità del vento o dell'acqua. Ma ora avevano bisogno di creare oggetti in grado di monitorare il movimento bidirezionale come l'apertura e la chiusura di un flacone di pillole.

"Ultima volta, avevamo un ingranaggio che girava in una direzione. Mentre il liquido scorreva attraverso l'ingranaggio, spingerebbe un interruttore verso il basso per contattare l'antenna, " ha detto l'autore principale Vikram Iyer, uno studente di dottorato presso il Dipartimento di Ingegneria Elettrica e Informatica UW. "Questa volta abbiamo due antenne, uno sopra e uno sotto, che può essere contattato da un interruttore collegato a un ingranaggio. Quindi l'apertura di un tappo di bottiglia di pillola sposta l'ingranaggio in una direzione, che spinge l'interruttore a contattare una delle due antenne. E poi chiudendo il tappo del flacone della pillola si fa girare l'ingranaggio nella direzione opposta, e l'interruttore colpisce l'altra antenna."

Le due antenne sono identiche, quindi il team ha dovuto escogitare un modo per decodificare la direzione in cui si stava muovendo il cappuccio.

"I denti dell'ingranaggio hanno una sequenza specifica che codifica un messaggio. È come il codice Morse, " ha detto il co-autore Justin Chan, uno studente di dottorato alla Allen School. "Quindi quando giri il berretto in una direzione, vedete il messaggio che va avanti. Ma quando giri il berretto nell'altra direzione, ricevi un messaggio inverso."

Oltre al monitoraggio, Per esempio, movimento del tappo di bottiglia della pillola, questo stesso metodo può essere utilizzato per monitorare come le persone usano le protesi, come i bracci e-NABLE stampati in 3D. Queste mani meccaniche, che si attaccano al polso, sono progettati per aiutare i bambini con anomalie della mano ad afferrare oggetti. Quando i bambini flettono i polsi, i cavi sulla mano si stringono per far chiudere le dita. Quindi il team ha stampato in 3-D un braccio e-NABLE con un prototipo del loro sensore bidirezionale che monitora l'apertura e la chiusura della mano determinando l'angolo del polso.

I ricercatori volevano anche creare un oggetto stampato in 3D in grado di memorizzare le informazioni sull'utilizzo mentre si trovava fuori dalla portata del Wi-Fi. Per questa applicazione, hanno scelto una penna per insulina in grado di monitorarne l'uso e quindi segnalare quando si stava abbassando.

"Puoi comunque prendere l'insulina anche se non hai una connessione Wi-Fi, " Ha detto Gollakota. "Quindi avevamo bisogno di un meccanismo che memorizza quante volte lo hai usato. Una volta tornato in gamma, puoi caricare i dati memorizzati nel cloud."

Questo metodo richiede un movimento meccanico, come la pressione di un pulsante, e memorizza tali informazioni arrotolando una molla all'interno di un cricchetto che può muoversi solo in una direzione. Ogni volta che qualcuno preme il pulsante, la molla si stringe. Non può svolgersi finché l'utente non rilascia il cricchetto, si spera quando si trova nel raggio del sensore di retrodiffusione. Quindi, mentre la primavera si snoda, muove un ingranaggio che attiva un interruttore per contattare ripetutamente un'antenna mentre l'ingranaggio gira. Ogni contatto viene conteggiato per determinare quante volte l'utente ha premuto il pulsante.

Questi dispositivi sono solo prototipi per dimostrare che è possibile per i materiali stampati in 3D rilevare il movimento bidirezionale e memorizzare i dati. La prossima sfida sarà prendere questi concetti e ridurli in modo che possano essere incorporati in vere bottiglie di pillole, protesi o penne per insulina, ha detto Mankoff.

"Questo sistema ci darà un'immagine più fedele di ciò che sta accadendo, " ha detto. "Per esempio, in questo momento non abbiamo modo di monitorare se e come le persone utilizzano le mani di e-NABLE. In definitiva, quello che vorrei fare con questi dati è prevedere se le persone abbandoneranno o meno un dispositivo in base a come lo stanno utilizzando".