MIT Scholars Adopt Unique Design to Transform RFID into Self-powered Sensors

In recent years, more and more retailers and manufacturers have chosen to use RFID (Radio Frequency Identification Chip) to track their products. وغالباً ما تستند هذه الدول إلى بطاقات ورقية بالإضافة إلى رقائق الهوائي والذاكرة البسيطة. وعندما يتم ربط هذه البطاقات ببطاقات أو سترات حليب، يمكن استخدامها كعلامات ذكية لإرسال معلومات إلى قارئ RF عن هوية المنتج ذي الصلة أو مركزه أو موقعه.

In addition to marking products throughout the supply chain, RFID tags are also widely used to track casino cris and ranch cattle scenes for amusement park visitors and marathon runners.

The MIT (Massachusetts Institute of Technology) automated identification laboratory has been at the forefront of RFID technology development. وفقاً لتقرير (جيمي ميلز) الإستشاري، الباحثون في المختبر يحاولون تطوير ملامح جديدة لتقنية (إف دي) وقد استحدثت أجهزة استشعار جديدة للعلامات ذات التردد العالي جدا قادرة على كشف ذروة الغلوكوس وإشارات النقل اللاسلكية. In the future, the team plans to perfect this RFID sensor to monitor the environment of compounds and gases such as nitric oxide (CO).

People want to tap more value from existing RFID infrastructures and expand more applications, such as Sen, " said Sai Nithin Reddy Kantareddy, a graduate student at the MIT Mechanical Engineering Institute. " يمكننا أن نخلق الآلاف من هذه الأنواع الرخيصة. RFID tag sensors, they are attached to the building walls or various objects, without the need for an extra bat to detect all common gases in the environment, such as carbon monoxide or ammonia. وخلق شبكة استشعار ضخمة بتكلفة منخفضة جدا. "

فريق (كانتاردي) البحثي يضم العلماء (راهول باتشاريا) و (معهد ماساتشوستس للهندسة الميكانيكية (فريد فورت فلورز) و (دانيال فورت فلورز) الأستاذ و نائب الرئيس (سانجاي سارما)

"أرخص وأدنى بروتوكول اتصال لـ (إف آر إيه) متاح اليوم" "عندما يُمكن لشريحة "دي.دي" ذات الأغراض العامة أن تُحسّ العالم الحقيقي من خلال تحسين البطاقات، ثمّ الشعور الحقيقيّ بالإستشعار "

موجة هجينة

وفي الوقت الراهن، تتوافر بطاقات التعريفات في مجموعة متنوعة من التشكيلات، بما في ذلك البطاريات المزودة بالطاقة والسلبية. وكلا النوعين من بطاقات RFID يحتوي على هوائي صغير يوصل إشارات RF مبعثرة مع قارئ نائي، ويرسل بيانات أو شفرة بسيطة مخزنة على شريحة صغيرة متكاملة في البطاقة. بطاقة البطارية تحتوي على بطارية صغيرة تقوى الشريحة بطاقات RFID سلبية تجمع الطاقة من القراء نفسه. The reader emits radio waves of just enough energy within the FCC limits to provide energy for storage cris and reflected signal reception in RFID tags.

وفيالسنواتالأخيرة،بدأالباحثونفيتجربةسبلتحويل البطاقات السلبية التي تحملها هذه الدول إلى أجهزة استشعار طويلة الأجل لا تحتاج إلى بطاريات أو تحتاج إلى استبدال. وعادة ما تكون هذه الجهود مصممة في المقام الأول بالنسبة للهائي الذي يغيّر خصائصه الكهربائية استجابة لمواد بيئية معينة. ومن ثم، عندما يُكتشف حافز معين، فإن الهوائي سيعكس موجات إذاعية إلى القارئ مع ترددات مختلفة من السمات أو قوّات الإشارة.

على سبيل المثال، فريق (سارما) صمم سابقاً هوائياً لـ (دي بي دي) يستجيب للرطوبة في الأرض ويغير إنبعاثات الموجات اللاسلكية وأنشأ الفريق أيضاً هوائياً يشعر بفقر الدم الذي يتدفق من خلال RFID.

However, Kantareddy claimed that this kind of antenna-centric design has many defects, the main one being “multipath interference” -even radio waves from a single source (such as an RFID reader or antenna) انعكست على السطح لجلب آثار متفاوتة

" ورهنا بظروف البيئة، يمكن أن تنعكس الأمواج الإذاعية على الجدران والأجسام عدة مرات قبل أن تنعكس على الوسم. وهذا يمكن أن يتداخل مع تشكيل الضوضاء " قال كانتاردي. " ولدى استخدام أجهزة الاستشعار التي تستخدم الهوائيات، هناك احتمال أكبر بأنه سيساء تحديد هويتها. أو إشارة سلبية، مما يعني أنه من الممكن أن رد المجس غير دقيق لأنه يخضع للتدخل من الميدان الإذاعي. ولذلك، يفتقر الاستشعار المرتكز على الهوائي إلى الموثوقية الكافية."

تغييرات صغيرة، حكمة عظيمة

فريق سارما اعتمد حلا جديدا: بدلاً من استهداف الهوائيات، يحاولون تحسين رقائق ذاكرتهم. وقد اشتروا شريحة متكاملة متاحة تجاريا يمكن أن تتحول بين واسطة طاقة: واحدة تستند إلى أسلوب الطاقة في إطار الترددات المتوسطة الحجم، على غرار ما هو سلبي تماما في قاعدة بيانات الطاقة المتجددة، والأخرى هي طريقة محلية للمساعدة في مجال الطاقة، مثل استخدام بطارية خارجية أو كبائن، على نحو مماثل للعلامات شبه التفافية التي تستخدمها هذه الأجهزة.

The research team used a standard RF antenna and the aboveرقائق to embed RFID tags. وفي خطوة رئيسية، أنشأ الباحثون دائرة بسيطة حول رقاقة الذاكرة تتيح للرقاقة التحول إلى الطريقة المحلية بمساعدة الطاقة عندما يحس الرقاقة حافزا بيئيا. In this mode (battery-assisted passive mode, BAP), theرقاقة emits a new protocol code that is different from the regular code it emits in passive mode. ويترجم القارئ بعد ذلك هذا الرمز الجديد، مما يشير إلى أن علامة RFID قد كشفت إشارة حافزة بيئية ذات أهمية.

قال (كانتاردي) أنّ هذا المجسّس الذي يرتكز على (إيدي) يُعوّل عليه أكثر من جهاز استشعار مبني على تصميم هوائيّ لأنّه يميّز بشكل أساسي بين تصور البطاقة وقدرات التواصل وفي أجهزة الاستشعار التي تستخدم الهوائيات، يعتمد كل من الشريحة التي تخزن البيانات والهوائي الذي ينقل البيانات على الموجات اللاسلكية التي تنعكس في البيئة. و تصميم (كاناتريددي) الجديد، رقائقه لا تعتمد على موجات راديو مختلطة لتحقيق التصور.

نأمل أن تكون موثوقية البيانات قد تحسنت "طالما نحن في حالة إستشعار، حلّنا الجديد سَيَنْقلُ رموزَ بروتوكولِ جديدةِ معززةِ إشارةِ، الذي سَيَسْمحُنا للتَحَدُّد الواضحِ إستشعارِ المجسّ والدولِ غير المُجسّسةِ." "

هذا الحل مثير جداً لأنه أيضاً يحل مشكلة تحميل المعلومات بسبب عدد كبير من العلامات في البيئة "الحل تخلى عن التحليل المستمر لتدفق المعلومات من خلال البطاقات السلبية القصيرة المدى، تمكين قارئ RFID." يمكن وضعه بعيداً بما فيه الكفاية حتى لا يمكن الإبلاغ عن الأحداث الهامة ومعالجتها

مُستشعر ولعب

As a demonstration, the research team developed an RFID blood glucose sensor. وهي تستخدم كهرباء استشعار الغدد الصمغ المتاحة تجارياً، ممتلئة بأوكساسيد الصمغ الكهربائي. عندما يتفاعل الكهروليت مع الغلوكوس، يولد الكهرباء شحنة تعمل كمصدر للطاقة المحلية أو البطارية.

وصل الباحثون هذه الكهروديس إلى رقائق الذاكرة و الدوائر وعندما يضيفون الغلوكوز إلى كل كهرباء، يمكن للشحنة المتولدة أن تتحول الرقاقة من نمط القوة السلبي لمحطة توليد الطاقة إلى طريقة محلية لمساعدة الشحنات. كلما أضيفت الغلوكوز كلما طالت رقاقة الطاقة

وقال كانتاردي إن القراء الذين يمكن أن يشعروا بهذه الطريقة الجديدة للطاقة يمكن أن تستخدم هذا كإشارة أن الغلوكوز موجود في البيئة. يمكن لهذا القارئ أن يحدد كمية الغلوكوز عن طريق قياس الوقت الذي تكون فيه الرقاقة في وضع مأهول بطارية - كلما طال الوقت في هذه الطريقة، كلما كان محتوى الغلوكوز أعلى.

وعلى الرغم من أن جهاز الاستشعار الذي طوره فريق البحوث يمكن أن يكشف الغلوكوس، فإن أداءه لا يزال أقل من أداء أجهزة الاستشعار المكرّسة للغلوكوس المتاحة تجاريا. وذكر كانتاردي أن هدفها ليس تطوير جهاز استشعار للجلوكوز التابع للمؤسسة، بل هو إظهار تصاميمها مقارنة بالهوائيات القائمة على جهاز الاستشعار له أداء أكثر موثوقية في مجال الاستشعار.

"بإستعمال تصميمنا، البيانات التي تم الحصول عليها أكثر موثوقية" قال (كانتاردي)

وبالإضافة إلى ذلك، فإن تصميمها أكثر كفاءة. ويمكن تشغيل شعارها بطريقة سلبية باستخدام الطاقة المجاورة المنعكسة في إطار نموذج الإبلاغ الموحد إلى حين ظهور حافز بيئي على الاهتمام في مكان قريب. وهذا الحافز نفسه يمكن أن يوفر الطاقة للعلامة ويرسل رمز إنذار للقارئ لذلك، يمكن للمجس نفسه أن يوفر طاقة إضافية للرقاقة المتكاملة.

" ونظرا لأن هذه البطاقة يمكن أن تحصل على الطاقة من كل من RF وكهرباء، فقد تم توسيع نطاق اتصالاتها إلى حد كبير " . " وباستخدام هذا التصميم، يمكن لمسافة القارئ أن تصل إلى أكثر من عشرة أمتار، تتجاوز بكثير. من 1 إلى 2 متر ومن ثم، فإن نفس المجال يمكن أن يقلل كثيرا من عدد وتكلفة القراء.

وبعدذلك،يخططلتطويرجهازاستشعارأولأكسيدالكربون التابع لوكالة التنمية الدولية عن طريق الجمع بين تصميمه وأنواع مختلفة من الكهرباء. عندما تظهر الأوكسيد الكربوني، يمكن أن تجعل جهاز الاستشعار شحنة وتوليد الطاقة.

"استخدام تصميم مبني على الهوائي" يتطلب تصميم هوائي محدد من أجل طلب محدد "بتصميمنا، نحن فقط بحاجة إلى استخدام الكهرومغناطيسي متاح تجارياً، حزمة ولعب، مما يجعل مفهوم التصميم بأكمله. ومن السهل جدا التوسع. يمكن للمستعملين نشر الآلاف من هذه أجهزة الاستشعار في المنزل أو في موقع المصنع لرصد المغليات أو خزانات الغاز أو خطوط الأنابيب.