Les chercheurs MIT adoptent un design unique pour transformer le RFID en capteurs autonomes

Ces dernières années, de plus en plus de détaillants et de fabricants ont choisi d'utiliser RFID (Radio Frequency Identification Chip) pour suivre leurs produits. Souvent, ces RFID sont basés sur des étiquettes en papier ainsi que des antennes simples et des puces mémoire. Lorsque ces étiquettes RFID sont apposées sur des boîtes à lait ou des vestes, elles peuvent être utilisées comme étiquettes intelligentes pour envoyer des informations au lecteur RF sur l'identité, l'état ou l'emplacement du produit concerné.

En plus de marquer des produits dans toute la chaîne d'approvisionnement, les balises RFID sont également largement utilisées pour suivre les puces de casino et les scènes de bétail ranch pour les visiteurs du parc d'attractions et les coureurs marathon.

Le laboratoire d'identification automatisé MIT (Massachusetts Institute of Technology) a été à l'avant-garde du développement technologique RFID. Selon le rapport de consultation de Jimmy Mills, les chercheurs du laboratoire essaient de développer de nouvelles fonctionnalités de la technologie RFID: Ils ont développé un nouveau capteur RFID UHF capable de détecter les signaux de pointe de glucose et de transmission sans fil. À l'avenir, l'équipe prévoit de perfectionner ce capteur RFID pour surveiller l'environnement des composés et des gaz tels que l'oxyde nitrique (CO).

Les gens veulent tirer plus de valeur des infrastructures RFID existantes et développer plus d'applications, comme la sensibilisation », a déclaré Sai Nithin Reddy Kantareddy, un étudiant diplômé à l'Institut d'ingénierie mécanique MIT. “Nous pouvons créer des milliers de ces types de bon marché. Capteurs de balises RFID, ils sont attachés aux murs du bâtiment ou à divers objets, sans avoir besoin d'une batterie supplémentaire pour détecter tous les gaz communs dans l'environnement, tels que le monoxyde de carbone ou l'ammoniac. Et créer un énorme réseau de capteurs à un coût très faible. ”

队报》de矫揉造作的de Kantareddy comprend descientifiques Rahul Bhattacharya, et MIT Mechanical Engineering Fred Fort Flowers et Daniel Fort Flowers Professeur et Open Learning Vice President Sanjay Sarma.

«RFID est le protocole de通信射频le莫伊ns cher et le plus bas possible aujourd'hui », a déclaré Sarma. "Quand une puce RFID polyvalente peut sentir le monde réel en améliorant les étiquettes, alors le vrai sens de l'ubiquité de capteur deviendra une réalité. ”

vague hybride

À l'heure actuelle, les balises RFID sont disponibles dans une variété de configurations, y compris celles à batterie et passives. Les deux types de balises RFID contiennent une petite antenne qui communique des signaux RF rétroactifs avec un lecteur distant, en envoyant des données ou un code simple stocké sur une petite puce intégrée dans la balise. La balise à batterie contient une petite batterie qui alimente la puce. Les étiquettes RFID passives collectent de l'énergie du lecteur lui-même. Le lecteur émet des ondes radio de juste assez d'énergie dans les limites FCC pour fournir de l'énergie pour les puces de stockage et la réception de signal réfléchi dans les balises RFID.

Ces dernières années, les chercheurs ont commencé à expérimenter des façons de convertir des balises RFID passives en capteurs à long terme qui ne nécessitent pas de batteries ou nécessitent un remplacement. Ces efforts sont généralement conçus principalement pour l'antenne du tag, qui modifie ses propriétés électriques en réponse à certains stimuli environnementaux. Ainsi, lorsqu'un certain stimulus est détecté, l'antenne reflétera les ondes radio au lecteur avec des fréquences ou des forces de signal différentes.

Par exemple, l'équipe de Sarma a précédemment conçu une antenne de balises RFID qui répond à l'humidité sur la terre et modifie les émissions d'ondes radio. L'équipe a également créé une antenne qui sent l'anémie qui coule à travers le RFID étiqueté le sang.

Cependant, Kantareddy a affirmé que ce type de conception centrique d'antenne a de nombreux défauts, le principal étant «interférence multipathe» – même des ondes radio d'une seule source (comme un lecteur RFID ou une antenne) Reflected on the surface to bring mixed effects.

« Selon les conditions de l’environnement, les ondes radio peuvent être réfléchies sur des murs et des objets plusieurs fois avant d’être reflétées sur l’étiquette. Cela peut interférer avec la formation de bruit », a déclaré Kantareddy. “Utilisant des capteurs d’antenne, il y a plus de chances qu’il soit mal identifié. Ou un signal négatif, ce qui signifie qu'il est possible que la réponse du capteur soit inexacte parce qu'elle est soumise à une interférence du champ radio. Par conséquent, la détection par antenne manque de fiabilité suffisante. »

Petits changements, grande sagesse

L'équipe de Sarma a adopté une nouvelle solution : Au lieu de cibler les antennes de tags, ils essaient d'améliorer leurs puces de mémoire. Ils ont acheté une puce intégrée commercialement disponible qui peut passer entre deux modes de puissance : l'une basée sur le mode énergie RF, semblable à un RFID entièrement passif, et l'autre est un mode d'assistance énergétique local, comme l'utilisation d'une batterie externe ou d'un condensateur, de même pour les balises RFID semi-passives.

L'équipe de recherche a utilisé une antenne RF standard et les puces ci-dessus pour intégrer les balises RFID. Dans une étape clé, les chercheurs ont créé un simple circuit autour de la puce de mémoire qui permet à la puce de passer au mode assisté à l'énergie locale lorsque la puce sent un stimulus environnemental. Dans ce mode (mode passif assisté par loterie, BAP), la puce émet un nouveau code protocole qui est différent du code régulier qu'elle émet en mode passif. Le lecteur traduit ensuite ce nouveau code, indiquant que la balise RFID a détecté un signal de stimulation environnementale d'intérêt.

Kantareddy a déclaré que ce capteur RFID est plus fiable qu'un capteur basé sur un design d'antenne, car il distingue fondamentalement les capacités de perception et de communication de l'étiquette. Dans les capteurs d'antenne, la puce qui stocke les données et l'antenne qui transmet les données dépendent des ondes radio reflétées dans l'environnement. Et le nouveau design de Kantareddy, sa puce ne repose pas sur des ondes radio mixtes pour atteindre la perception.

« Nous espérons que la fiabilité des données pourra être améliorée », a déclaré M. Kantareddy. « Tant que nous sommes dans un état de détection, notre nouvelle solution transmettra de nouveaux codes de protocole, qui nous permettront de déterminer clairement les états de détection et de non-sensibilité du capteur. » ."

« Cette solution est très intéressante car elle résout également le problème de surcharge d'information causé par un grand nombre de tags dans l'environnement », a déclaré Bhattacharyya. "La solution a abandonné l'analyse continue de l'information par des balises passives à courte portée, permettant aux lecteurs RFID." Il peut être placé assez loin pour que seuls les événements importants puissent être communiqués et traités."

Capteur Plug and play

En démonstration, l'équipe de recherche a développé un capteur de glycémie RFID. Ils utilisent des électrodes de détection de glucose commercialement disponibles, qui sont remplies d'oxydase de glucose électrolyte. Lorsque l'électrolyte interagit avec le glucose, l'électrode génère une charge qui agit comme source d'énergie locale ou batterie.

Les chercheurs ont connecté ces électrodes aux puces et circuits mémoire des balises RFID. Lorsqu'ils ajoutent du glucose à chaque électrode, la charge générée peut passer de son mode RF passif à un mode d'assistance de charge local. Plus le glucose est ajouté, plus la puce est dans le deuxième mode de puissance.

Kantareddy a déclaré que les lecteurs qui peuvent sentir ce nouveau mode de puissance peuvent l'utiliser comme un signal que le glucose est présent dans l'environnement. Ce lecteur peut déterminer la quantité de glucose en mesurant le temps que la puce est en mode assisté par batterie - plus le temps dans ce mode est long, plus la teneur en glucose est élevée.

Bien que le capteur développé par l'équipe de recherche puisse détecter le glucose, sa performance est encore inférieure à celle des capteurs de glucose dédiés commercialement disponibles. Kantareddy a déclaré que leur but n'est pas de développer un capteur de glucose RFID, mais de montrer leurs conceptions par rapport aux antennes basées sur Le capteur a des performances de détection plus fiables.

« Grâce à notre conception, les données obtenues sont plus fiables », a déclaré Kantareddy.

De plus, leur conception est plus efficace. Sa balise peut être exploitée en mode passif en utilisant l'énergie RF réfléchie à proximité jusqu'à ce qu'un stimulus environnemental apparaît à proximité. Et ce stimulus lui-même peut fournir le pouvoir de l'étiquette et envoyer un code d'alerte au lecteur. Par conséquent, le capteur lui-même peut fournir une énergie supplémentaire pour la puce intégrée.

« Parce que cette étiquette peut obtenir de l'énergie à la fois RF et électrode, sa gamme de communication a été grandement élargie », a déclaré Kantareddy. “En utilisant ce design, la distance du lecteur peut atteindre plus de 10 mètres, beaucoup plus. Aller de 1 à 2 mètres. Par conséquent, le même secteur peut réduire considérablement le nombre et le coût des lecteurs."

套房,il设想开发un capteur de monoxyde de carbone RFID en combinant son design avec différents types d'électrodes. Lorsque le monoxyde de carbone apparaît, il peut faire la charge du capteur et l'alimenter.

"L'utilisation d'une conception à base d'antenne exige la conception d'une antenne spécifique pour une application spécifique", a déclaré Kantareddy. « Avec notre conception, nous n'avons besoin que d'utiliser une électrode, une prise et un jeu commercialement disponibles, ce qui rend tout le concept de design. Il est très facile de se développer. Les utilisateurs peuvent déployer des milliers de ces capteurs à la maison ou sur le site de l'usine pour surveiller les chaudières, les réservoirs de gaz ou les pipelines."