MIT学者antar unik设计för att omvandla RFID直到självdrivna传感器

下de senaste åren har fler och fler återförsäljare och tillverkare valt att använda RFID(射频识别芯片)för att spåra新浪生产商。Ofta är dessa RFID baserade på papersetiketter加上enkla天线och明尼苏达芯片。När dessa RFID-taggar är anslutna till mjölkkartonger eller jackor kan de användas som smarta taggar för att skicka information till RF-läsaren om identitet, status eller plats för den relevanta produckten。

Förutom att markera produkter i hela försörjningskedjan, RFID-taggar används också allmänt för att spåra kasinochips och ranch nötkreatur scener för nöjespark besökare och maratonlöpare。

麻省理工学院(麻省理工学院)自动识别实验室的可变框架和射频识别技术。英语吉米米尔斯konsultrapport försöker forskare i labbet utveckla nya funktioner i RFID-teknik: De har utvecklat en ny UHF RFID-taggsensor som kan upptäcka toppglukos och trådlösa sändningssignaler。我framtiden planerlaget att fullända denna rfid传感器för att övervaka miljön av föreningar och gaser som kväveoxid (CO)。

Människor vill utnyttja mer värde från befintliga rfid - infrastruturing och utöka fler applikationer, till empel förnimmelse, säger Sai Nithin Reddy Kantareddy, doktorand vid MIT机械工程研究所。Vi kan skapa tusentals av dessa typer av billiga。rfid -taggsensor, de är knutna till byggnadsväggarna eller olika objekt, utan behov av ett extra batteri för att upptäcka真主安拉vanliga gaser i miljön, såsom kolmonoxid eller ammoniak。Och skapa ett stort sensornätverk直到en mycket låg kostnad。”

Kantareddys forskargrupp inkluderar forskare Rahul Bhattacharya och MIT机械工程Fred Fort Flowers och Daniel Fort Flowers教授och开放学习副总裁Sanjay Sarma。

“RFID är det billigaste och lägsta RF-kommunikationsprotokollet som finns idag”，säger Sarma。När ett allmänt ändamål RFID-chip kan känna den verkliga världen genom att förbättra taggarna, kommer den sanna känslan av sensorns ubiquity att bli en verklighet。”

混合的流浪者

För närvarande är RFID-taggar tillgängliga i en mängd olika konfigationer, inklusive batteridrivna och passiva。Båda typerna av RFID-taggar innehåller en liten antenna som kommunicerar后向散射RF-signaler med en fjärrläsare, skickar data eller enkel kod som lagras på ett litet integrerat chip i taggen。Den batteridrivna taggen innehåller ett litet batteri som驱动芯片。Passiva RFID-taggar samlar在energi från läsaren själv。Läsaren avger radiovågor med tillräckligt med energi inom FCC-gränserna för att ge energi för lagringschips och reflekterad signalmottagning i RFID-taggar。

Under de senaste åren har forskare börjat experimentera med sätt att omvandla passiva RFID-taggar till långvariga sensor som inte kräver batterier eller kräver ersättning。Dessa ansträngningar är vanligtvis utformade främst för tag-antennen, vilket ändrar sina elektriska egenskaper som svar på vissa miljöstimuli。Således, när en viss stimulus ans detekteras, kommer antennen att återspegla radiovågor tillbaka till läsaren med olika karakteristiska frekvenser eller signalstyrkor。

直到范例，Sarma团队tidigare utformat en RFID标签天线som svarar på fukt på jorden och ändrar radio våg utsläpp。Teamet skapade också en antenn som känner anemi som strömmar genom RFID taggat血液。

Men Kantareddy hävdade att denna typ av天线centrerad design har många defkter, den huvudsakliga är“multipath störningar”- även radiovågor från en enda källa (som en RFID-läsare eller antenn) Reflekteras på ytan för att ge blandade effekter。

Beroende på miljöförhållandena kan radiovågor reflekteras på väggar och föremål flera gånger innan de återspeglas tillbaka till etiketten。Detta kan störa bullerbildningen, säger Kantareddy。Med hjälp av antennbaserade sensor finns det en högre chans att det kommer att vara felidentifierat。Eller en负信号，vilket innebär att det är möjligt att sensorns svar är felaktigt eftersom det är föremål för störningar från radiofältet。Därför saknar antennbaserad känsla tillräcklig tillförlitlighet。

Små förändringar, stor visdom

Sarmas团队哈尔安泰恩尼lösning: Istället för att rikta标签天线försöker de förbättra新浪明尼苏达。De kopte ett kommersiellt tillgangligt integrerat芯片som菅直人vaxla梅兰tva stromlagen: en baserat pa RF-energilage, som liknar helt passiv RFID, och窝andra ar ett lokalt energiasserat拉赫,直到exempel att anvanda ett externt batteri埃勒kondensator, pa samma satt为semi-passiva RFID-taggar。

Forskargruppen använde en vanlig射频天线och ovanstående芯片för att bädda in RFID-taggar。我ett nyckelsteg skapade forskarna en enkel krets runt明尼苏达som gör det möjligt för chip att byta till lokalt energiassisterat läge när chip känner en miljöstimulans。I det här läget (batteri-assisterade passiva läget, BAP)， avger chip en ny protokollkod som skiljer sig från den vanliga koden den avger I passivt läge。Läsaren översätter sedan denna nya kod, vilket indikerar att RFID-taggen har upptäckt en miljöstimulanssignal av intresse。

Kantareddy sa att denna RFID-baserade传感器är mer tillförlitlig än en sensor baserad på en antenndesign eftersom den i grunden skiljer mellan märkets upppfattning och kommunikationsförmåga。I天线baserade传感器，både det芯片som lagrar数据och den天线som överför数据beror på radiovågorna som återspeglas I miljön。Och Kantareddys nya design, dess chip är inte beroende av blandade radiovågor för att uppnå upppfattning。

“Vi hoppas att tillförlitligheten av数据kan förbättras”，säger Kantareddy。Sa兰格vi befinner oss我ett fornimmande tillstand卡尔玛var那losning att overfora signalforbattrade那protokollkoder, vilket倾心于侦破mojligt为oss att tydligt bestamma sensorns fornimmande och icke-senserande tillstand。。”

“登här lösningen är mycket intressant eftersom登också löser informationsöverbelastningsproblemet som orsakas av ett stort antal taggar i miljön”，säger巴塔查里亚。Lösningen har övergivit den kontinuerliga analysen av informationsflöde genom korta passiva taggar, vilket möjliggör RFID-läsare。Det kan placeras tillräckligt långt så att endast viktiga händelser kan kommuniceras och bearbetas。

即插即用传感器

Som演示了RFID-blodglukossensor。De använder kommersiellt tillgängliga glukosavkännande elektroder, som är fyllda med elektrolyt glukosoxidas。När elektrolyten interagerar med glukos genererar elektroden en ladning som fungerar som en lokal energikälla eller batteri。

Forskarna kopplade dessa elektroder till RFID-taggarnas明尼苏达州och kretsar。När de lägger直到glukos直到varje elektrod kan den genererade ladningen byta芯片från sitt passiva RF-strömläge直到ett lokalt laddningsassistläge。Ju mer glukos läggs till, Ju längre chip är i det andra kraftläget。

Kantareddy sa att läsare som kan känna detta nya kraftläge kan använda detta som en signal att glukos är närvarande i miljön。Denna läsare kan bestämma mängden glukos genom att mäta den tid chipen är i batteristödd läge - ju längre tid i detta läge, desto högre glukosinnehåll。

Även om sensorn som utvecklats av forskargruppen kan upptäcka glukos， är dess prestanda forfarande lägre än för kommersiellt tillgängliga dedikerade glukossensorer。Kantareddy uppgav att deras mål inte är att utveckla en RFID-glukossensor, men att visa sina mönster jämfört med antenner baserade på sensorn har mer tillförlitlig känsla。

“Med vår design är de data som erhållits mer tillförlitliga”，säger Kantareddy。

Dessutom är deras设计效果。Dess tagg kan användas i passivt läge med närliggande reflekterad RF-energi tills en miljöstimulans av intresse visas i närheten。Och denna兴奋剂själv kan ge ström直到taggen Och skicka en varningskod直到läsaren。Därför kan sensorn själv ge ytterligare energi för det integrerade chip。

“Eftersom denna tagg kan få energi från både RF och elektrod, dess kommunikationsintervall har kraftigt utökats”，säger Kantareddy。Med hjälp av denna设计kan läsarens avstånd nå mer än 10米，långt över。Går 1到2米。Därför kan samma område kraftigt minska antalet och kostnaden för läsare。

Därefter planerar han att utveckla en RFID-kolmonoxidsensor genom att kombinera sin design med olika typer av elektroder。När kolmonoxid签证kan det göra sensorladdningen och driva den。

“Att använda en antenna baserad design kräver Att man utformar en specific antenna för en specific application”，säger Kantareddy。- Med vår design behöver vi bara använda en kommersiellt tillgänglig elektrod, plugga och spela, vilket gör hela designkonceptet。Det är mycket lätt att expandera。Användare kan distribuera tusentals av dessa传感器hemma eller på fabrikssidan för att övervaka pannor, bensintankar eller rörledningar。