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未来,你在逛电子市场的时候,也许可以买到一种看起来像胶带或壁纸的电子产品,其实这是一卷布满了金属导线的传感器。对于这样的传感器,你可以随意剪裁成合适的图案或形状,把它们贴在家中的不同位置。然后,通过随身佩戴的电子产品,以及各种应用软件,我们可以及时收到传感器发出的信息。比如,裁下手表带形状的一块传感器,贴在手表上,就能够监测到使用者的手势、心跳和血压等身体参数,然后你可以通过这些信息,分析用户的情绪以及压力指数。
如果这种可剪裁的传感器能变成建筑材料的一部分,或是用于桌布、墙纸、手机保护外壳等,让用户在安装和使用的时候,完全感受不到电路的存在,只是像普通贴纸一样,可以依照个人喜好选择不同的大小,剪裁成不同的形状,并且随意的安置在任何对象的表面,那么普适计算就离我们不远了。
普适计算又称普存计算、普及计算,这一概念强调和环境融为一体的计算,而计算机本身则从人们的视线里消失。在普适计算的模式下,人们能够在任何时间、任何地点、以任何方式进行信息的获取与处理。
定制个人传感器
用喷墨打印机来印刷电路,目前是研究人员所做的尝试之一。印刷电路板通常给人的印象就是一块金属与塑料组成的坚硬板卡,没有人会多看一眼。它们被层层的外壳所保护,即使是那些使用电路板上导电层作为传感器的产品,外层也会被各种材料包覆起来。传统电路板的角色是隐形的,其功能制造过程,以及与使用者的互动是不为人知的。
如果我们有办法让每个人都能随心所欲地设计电路板,这将会带来何种与众不同的用户体验呢? 想象一下,我们可以绘制自己需要的电路图案,而且它和纸张一样薄、可以弯曲,兼顾便捷与廉价。使用家用喷墨打印机来印刷电路的原理很简单,利用技术已经完全成熟的喷墨头来控制导电墨水的分布。和一般印刷电路板的生产方式相反,喷墨印刷电路不是用光刻法逐层去除多余材料,而是一个像素一个像素地从喷墨头释出,是一种增材制造过程。这项技术能让我们在数秒内快速制造出不同功能的测试原型。不过,研究人员的目的并不是要改进传统印刷电路板的制造方法。反之,这让研究人员看到了全新的机遇——让用户有机会使用现有设备、快速而廉价地参与到传感器的设计工作中来。除此之外,更令研究人员兴奋的是,这种方式可以将平面设计与电路设计完美地结合起来。
使用打印机来印刷电路,用户能够根据自己的习惯进行平面设计,得到个性化、具有互动能力的输入、输出界面。现在研究人员与东京大学的教授合作,利用已经商业化的喷墨打印机打印电路。作为衬底的是常见的照片相纸,可以与碘化银墨水中的银颗粒发生反应,在数秒内完成导电图案的印刷。研究人员打印出一张A4大小的电路,成本不超过1美元。这种方法大大转变了研究人员对印刷电路的看法,并且产生了许多以前从来没有想过的用途与可能性。首先,传统印刷电路需要特别的化学反应,就像冲洗相片一样。你需要特别的房间和较长的时间来完成“冲洗”。传统印刷电路只是为了连接不同的模块或芯片,或是当做扁平电缆用来导电。此前,没有人敢想象,电路板的设计和制造,只通过最简单的绘图软件,在家中就可以完成。而且,这种电路板可以弯曲,像纸一样薄,能贴合在任何物品的表面。
可剪裁的传感器
研究人员结合平面设计与电路设计,尝试让嵌入式传感器更方便地应用在日常生活的方方面面。虽然利用打印机来打印传感器,已经比较方便了,但并不是每个用户都愿意亲自去设计传感器的外观或电路。基于这种考虑,研究人员开发了可剪裁的多点触控传感器。目的是为用户提供一张可以实现多点触控的“空白画布”,让用户可以自由裁剪,获得他们想要的形状。
乍听之下,这好像十分简单,但实际实施起来,却有很多困难。最大的挑战在于,在裁剪过程中,很容易杷线路连接点剪断,导致大块区域内的触控点失去功能。为此,德国马普研究所研究员于尔根领导的小组,总结了一系列设计理论,包括数字电路的设计思想——利用错误校正编码和冗余设计来确保电路的可用性。通过大量的数学建模和仿真,使得传感器“画布”上具有多种冗余设计,以确保它能在不同的剪裁方式下,还能保留大多数功能。
根据这种设计方法,研究人员成功开发出了一款可剪裁的多点触控传感器,而且这种传感器也可以用普通喷墨打印机制造。这个成果使得普适计算离我们的日常生活又近了一步。
前景无限的发展
100多年前,相片冲印术走进家庭,在很大程度上推动了摄影技术的发展和普及。现在,同样的道理,在家中打印电路也将对这一领域带来巨大的冲击。当研究人员将普通大众原本难以接触到的科技送入千家万户,随之而来的将会是创新应用的爆炸式涌现。无论是可打印传感器,还是可剪裁多点触控传感器,更低的价格、更快的生产速度,以及相关应用软件的出现,都预示着定制化普适计算时代即将来临。如何让传感器和计算机在不知不觉中融入我们的环境,帮助我们工作,并为我们提供更好的体验,一直以来都是科学家对于普适计算的期许。
但是,在任何环境中,对硬件进行整体升级都需要很长时间。硬件与软件的成本,以及实现定制化所需的人力和物力,都是新技术和新概念被用户广泛采纳和接受前所要面对的重要挑战。定制化普适计算的终极目标是,为用户和开发者搭建一个通用的开发语言平台,让新技术无缝融入生活。
普适计算已经成为了互联网之后最热门的话题之一,谷歌公司斥资32亿美元,收购了一家智能家居公司(主要产品是自动恒温器和烟雾报警器),就是一个很好的例子。智能家居所倡导的几个主题中,最主要的一个就是要让住宅里的所有设备都接入互联网,且能通过物联网来实现各种服务,比如家电控制、环境监控、定制化环境参数调节等。如何让普适计算进入家庭,并为不同的用户提供个性化服务,会在今后一段时间内,成为消费电子领域的主要研究课题。
如果这种可剪裁的传感器能变成建筑材料的一部分,或是用于桌布、墙纸、手机保护外壳等,让用户在安装和使用的时候,完全感受不到电路的存在,只是像普通贴纸一样,可以依照个人喜好选择不同的大小,剪裁成不同的形状,并且随意的安置在任何对象的表面,那么普适计算就离我们不远了。
普适计算又称普存计算、普及计算,这一概念强调和环境融为一体的计算,而计算机本身则从人们的视线里消失。在普适计算的模式下,人们能够在任何时间、任何地点、以任何方式进行信息的获取与处理。

定制个人传感器
用喷墨打印机来印刷电路,目前是研究人员所做的尝试之一。印刷电路板通常给人的印象就是一块金属与塑料组成的坚硬板卡,没有人会多看一眼。它们被层层的外壳所保护,即使是那些使用电路板上导电层作为传感器的产品,外层也会被各种材料包覆起来。传统电路板的角色是隐形的,其功能制造过程,以及与使用者的互动是不为人知的。
如果我们有办法让每个人都能随心所欲地设计电路板,这将会带来何种与众不同的用户体验呢? 想象一下,我们可以绘制自己需要的电路图案,而且它和纸张一样薄、可以弯曲,兼顾便捷与廉价。使用家用喷墨打印机来印刷电路的原理很简单,利用技术已经完全成熟的喷墨头来控制导电墨水的分布。和一般印刷电路板的生产方式相反,喷墨印刷电路不是用光刻法逐层去除多余材料,而是一个像素一个像素地从喷墨头释出,是一种增材制造过程。这项技术能让我们在数秒内快速制造出不同功能的测试原型。不过,研究人员的目的并不是要改进传统印刷电路板的制造方法。反之,这让研究人员看到了全新的机遇——让用户有机会使用现有设备、快速而廉价地参与到传感器的设计工作中来。除此之外,更令研究人员兴奋的是,这种方式可以将平面设计与电路设计完美地结合起来。
使用打印机来印刷电路,用户能够根据自己的习惯进行平面设计,得到个性化、具有互动能力的输入、输出界面。现在研究人员与东京大学的教授合作,利用已经商业化的喷墨打印机打印电路。作为衬底的是常见的照片相纸,可以与碘化银墨水中的银颗粒发生反应,在数秒内完成导电图案的印刷。研究人员打印出一张A4大小的电路,成本不超过1美元。这种方法大大转变了研究人员对印刷电路的看法,并且产生了许多以前从来没有想过的用途与可能性。首先,传统印刷电路需要特别的化学反应,就像冲洗相片一样。你需要特别的房间和较长的时间来完成“冲洗”。传统印刷电路只是为了连接不同的模块或芯片,或是当做扁平电缆用来导电。此前,没有人敢想象,电路板的设计和制造,只通过最简单的绘图软件,在家中就可以完成。而且,这种电路板可以弯曲,像纸一样薄,能贴合在任何物品的表面。
可剪裁的传感器
研究人员结合平面设计与电路设计,尝试让嵌入式传感器更方便地应用在日常生活的方方面面。虽然利用打印机来打印传感器,已经比较方便了,但并不是每个用户都愿意亲自去设计传感器的外观或电路。基于这种考虑,研究人员开发了可剪裁的多点触控传感器。目的是为用户提供一张可以实现多点触控的“空白画布”,让用户可以自由裁剪,获得他们想要的形状。
乍听之下,这好像十分简单,但实际实施起来,却有很多困难。最大的挑战在于,在裁剪过程中,很容易杷线路连接点剪断,导致大块区域内的触控点失去功能。为此,德国马普研究所研究员于尔根领导的小组,总结了一系列设计理论,包括数字电路的设计思想——利用错误校正编码和冗余设计来确保电路的可用性。通过大量的数学建模和仿真,使得传感器“画布”上具有多种冗余设计,以确保它能在不同的剪裁方式下,还能保留大多数功能。
根据这种设计方法,研究人员成功开发出了一款可剪裁的多点触控传感器,而且这种传感器也可以用普通喷墨打印机制造。这个成果使得普适计算离我们的日常生活又近了一步。
前景无限的发展
100多年前,相片冲印术走进家庭,在很大程度上推动了摄影技术的发展和普及。现在,同样的道理,在家中打印电路也将对这一领域带来巨大的冲击。当研究人员将普通大众原本难以接触到的科技送入千家万户,随之而来的将会是创新应用的爆炸式涌现。无论是可打印传感器,还是可剪裁多点触控传感器,更低的价格、更快的生产速度,以及相关应用软件的出现,都预示着定制化普适计算时代即将来临。如何让传感器和计算机在不知不觉中融入我们的环境,帮助我们工作,并为我们提供更好的体验,一直以来都是科学家对于普适计算的期许。
但是,在任何环境中,对硬件进行整体升级都需要很长时间。硬件与软件的成本,以及实现定制化所需的人力和物力,都是新技术和新概念被用户广泛采纳和接受前所要面对的重要挑战。定制化普适计算的终极目标是,为用户和开发者搭建一个通用的开发语言平台,让新技术无缝融入生活。
普适计算已经成为了互联网之后最热门的话题之一,谷歌公司斥资32亿美元,收购了一家智能家居公司(主要产品是自动恒温器和烟雾报警器),就是一个很好的例子。智能家居所倡导的几个主题中,最主要的一个就是要让住宅里的所有设备都接入互联网,且能通过物联网来实现各种服务,比如家电控制、环境监控、定制化环境参数调节等。如何让普适计算进入家庭,并为不同的用户提供个性化服务,会在今后一段时间内,成为消费电子领域的主要研究课题。