Gli Scholars MIT adottano un design unico per trasformare RFID in sensori autoalimentati

Negli ultimi anni, sempre più rivenditori e produttori hanno scelto di utilizzare RFID (Radio Frequency Identification Chip) per monitorare i loro prodotti. Spesso questi RFID sono basati su etichette di carta più semplici antenna e chip di memoria. Quando questi tag RFID sono appositi a cartoni di latte o giacche, possono essere utilizzati come smart tag per inviare informazioni al lettore RF sull'identità, lo stato o la posizione del prodotto rilevante.

Oltre a marcare i prodotti in tutta la catena di fornitura, i tag RFID sono anche ampiamente utilizzati per monitorare i chip del casinò e le scene di bestiame ranch per i visitatori del parco di divertimenti e i corridori di maratona.

Il laboratorio di identificazione automatizzato MIT (Massachusetts Institute of Technology) è stato all'avanguardia nello sviluppo della tecnologia RFID. Secondo il rapporto di consulenza di Jimmy Mills, i ricercatori del laboratorio stanno cercando di sviluppare nuove caratteristiche della tecnologia RFID: Hanno sviluppato un nuovo sensore UHF RFID tag in grado di rilevare i segnali di picco di glucosio e trasmissione wireless. In futuro, il team prevede di perfezionare questo sensore RFID per monitorare l'ambiente di composti e gas come ossido nitrico (CO).

La gente vuole toccare più valore dalle infrastrutture RFID esistenti e espandere più applicazioni, come il rilevamento,” ha detto Sai Nithin Reddy Kantareddy, uno studente laureato presso il MIT Mechanical Engineering Institute. “Possiamo creare migliaia di questi tipi di quelli economici. Sensori di tag RFID, sono attaccati alle pareti dell'edificio o vari oggetti, senza la necessità di una batteria supplementare per rilevare tutti i gas comuni nell'ambiente, come monossido di carbonio o ammoniaca. E creare una rete di sensori enorme a un costo molto basso. ”

Il team di ricerca di Kantareddy comprende scienziati Rahul Bhattacharya, e MIT Mechanical Engineering Fred Fort Flowers e Daniel Fort Flowers Professor e Open Learning Vice President Sanjay Sarma.

“RFID e il protocollo di comunicazione射频更经济omico e più basso di potenza disponibile oggi", ha detto Sarma. "Quando un chip RFID generale può percepire il mondo reale migliorando i tag, allora il vero senso dell'ubiquità dei sensori diventerà realtà. ”

Onda ibrida

Attualmente, i tag RFID sono disponibili in una varietà di configurazioni, tra cui batteria alimentata e passiva. Entrambi i tipi di tag RFID contengono una piccola antenna che comunica segnali RF retroscatterati con un lettore remoto, inviando dati o semplice codice memorizzato su un piccolo chip integrato nel tag. Il tag a batteria contiene una piccola batteria che alimenta il chip. I tag RFID passivi raccolgono energia dal lettore stesso. Il lettore emette onde radio di sufficiente energia entro i limiti FCC per fornire energia per i chip di stoccaggio e la ricezione del segnale riflesso nei tag RFID.

Negli ultimi安妮,我ricercatori汉诺iniziatosperimentare modi per convertire i tag RFID passivi in sensori di lunga durata che non richiedono batterie o richiedono la sostituzione. Questi sforzi sono di solito progettati principalmente per l'antenna tag, che cambia le sue proprietà elettriche in risposta a determinati stimoli ambientali. Così, quando viene rilevato un certo stimolo, l'antenna rifletterà le onde radio al lettore con diverse frequenze caratteristiche o punti di forza del segnale.

Ad esempio, il team di Sarma ha progettato in precedenza un'antenna RFID tag che risponde all'umidità della terra e cambia le emissioni di onde radio. Il team ha anche creato un'antenna che percepisce l'anemia che scorre attraverso il sangue taggato RFID.

Tuttavia, Kantareddy ha affermato che questo tipo di disegno antenne-centrico ha molti difetti, quello principale è “interferenza multipath”—anche onde radio da un'unica fonte (come un lettore RFID o un'antenna) Rifletto sulla superficie per portare effetti misti.

“A seconda delle condizioni dell’ambiente, le onde radio possono essere riflesse su pareti e oggetti più volte prima di essere riflesse all’etichetta. Questo può interferire con la formazione del rumore”, ha detto Kantareddy. “Utilizzando sensori a base di antenna, c'è una maggiore probabilità che sarà indebitamente. O un segnale negativo, il che significa che è possibile che la risposta del sensore è inaccurata perché è soggetto a interferenze dal campo radio. Pertanto, il rilevamento a base di antenna manca sufficiente affidabilità."

Piccoli cambiamenti, grande saggezza

Il team di Sarma ha adottato una nuova soluzione: Invece di puntare antenne tag, stanno cercando di migliorare i loro chip di memoria. Hanno acquistato un chip integrato disponibile in commercio che può passare tra due modalità di alimentazione: una basata su modalità di energia RF, simile a RFID completamente passiva, e l'altra è una modalità di assistenza energetica locale, come l'utilizzo di una batteria esterna o di un condensatore, allo stesso modo per i tag RFID semipassivi.

Il team di ricerca ha utilizzato un'antenna RF standard e i chip di cui sopra per incorporare tag RFID. In un passo chiave, i ricercatori hanno creato un circuito semplice intorno al chip di memoria che consente al chip di passare alla modalità assistita da energia locale quando il chip sente uno stimolo ambientale. In questa modalità (modalità passiva assistita dalla batteria, BAP), il chip emette un nuovo codice di protocollo che è diverso dal codice regolare che emette in modalità passiva. Il lettore poi traduce questo nuovo codice, indicando che il tag RFID ha rilevato un segnale di interesse ambientale.

Kantareddy ha detto che questo sensore basato su RFID è più affidabile di un sensore basato su un disegno dell'antenna perché distingue fondamentalmente tra la percezione del tag e le capacità di comunicazione. Nei sensori basati su antenna, sia il chip che memorizza i dati e l'antenna che trasmette i dati dipendono dalle onde radio riflesse nell'ambiente. E il nuovo design di Kantareddy, il suo chip non si basa sulle onde radio miste per raggiungere la percezione.

"Speriamo che l'affidabilità dei dati possa essere migliorata", ha detto Kantareddy. "Finché siamo in uno stato sensibile, la nostra nuova soluzione trasmetterà nuovi codici di protocollo potenziati dal segnale, che ci permetteranno di determinare chiaramente gli stati di rilevamento e di non rilevamento del sensore." .

"Questa soluzione è molto interessante perché risolve anche il problema del sovraccarico di informazioni causato da un gran numero di tag nell'ambiente", ha detto Bhattacharyya. "La soluzione ha abbandonato l'analisi continua del flusso di informazioni attraverso tag passivi a breve raggio, consentendo ai lettori RFID." Può essere posto abbastanza lontano in modo che solo eventi importanti possano essere comunicati e trattati."

Sensore plug and play

Come dimostrazione, il team di ricerca ha sviluppato un sensore di glucosio nel sangue RFID. Usano elettrodi di rilevamento del glucosio disponibili in commercio, che sono pieni di ossidasi di glucosio elettrolitico. Quando l'elettrolita interagisce con il glucosio, l'elettrodo genera una carica che funge da fonte di energia locale o da batteria.

I ricercatori hanno collegato questi elettrodi ai chip e ai circuiti di memoria dei tag RFID. Quando aggiungono il glucosio a ogni elettrodo, la carica generata può passare il chip dalla sua modalità di alimentazione RF passiva ad una modalità di aiuto di carica locale. Più glucosio viene aggiunto, più il chip è nella seconda modalità di alimentazione.

Kantareddy ha detto che i lettori che possono percepire questa nuova modalità di potenza possono usare questo come un segnale che il glucosio è presente nell'ambiente. Questo lettore può determinare la quantità di glucosio misurando il tempo che il chip è in modalità assistita dalla batteria - più lungo il tempo in questa modalità, maggiore è il contenuto di glucosio.

Sebbene il sensore sviluppato dal team di ricerca possa rilevare il glucosio, le sue prestazioni sono ancora inferiori a quelle dei sensori di glucosio dedicati commercialmente disponibili. Kantareddy ha dichiarato che il loro obiettivo non è quello di sviluppare un sensore di glucosio RFID, ma di mostrare i loro progetti rispetto alle antenne basate su Il sensore ha prestazioni di rilevamento più affidabili.

"Utilizzando il nostro design, i dati ottenuti sono più affidabili", ha detto Kantareddy.

Inoltre, il loro design è più efficiente. Il suo tag può essere azionato in modalità passiva utilizzando energia RF riflessa nelle vicinanze fino a quando non appare uno stimolo ambientale di interesse. E questo stimolo stesso può fornire potere al tag e inviare un codice di avviso al lettore. Pertanto, il sensore stesso può fornire energia aggiuntiva per il chip integrato.

“鲈鱼questo年青一代标签ottenere energia新航da射频che da elettrodo, la sua gamma di comunicazione è stata notevolmente ampliata,” Kantareddy ha detto. “Usando questo disegno, la distanza del lettore può raggiungere più di 10 metri, molto superiore. Da 1 a 2 metri. Pertanto, la stessa area può ridurre notevolmente il numero e il costo dei lettori."

Successivamente, ha intenzione di sviluppare un sensore di monossido di carbonio RFID combinando il suo design con diversi tipi di elettrodi. Quando appare monossido di carbonio, può rendere la carica del sensore e alimentarlo.

"Usando un design a base di antenna richiede la progettazione di un'antenna specifica per un'applicazione specifica," Kantareddy ha detto. "Con il nostro design, abbiamo solo bisogno di utilizzare un elettrodo, una spina e un gioco commercialmente disponibili, che rende l'intero concetto di design. È molto facile da espandere. Gli utenti possono distribuire migliaia di questi sensori a casa o sul sito di fabbrica per monitorare caldaie, serbatoi di gas o tubazioni."