具有特殊传感器功能的RFID标签是什么样子的?

如今，许多零售商和制造商使用RFID (RFID)标签来跟踪产品。RFID标签的外观就像带有天线和芯片的贴纸。当它贴在牛奶罐或衣领上时，接收器可以读取存储在RFID标签中的产品名称、状态和产地。此外，RFID标签广泛应用于各种产品的物流管理、娱乐流量管理和体育管理。

麻省理工学院自动识别实验室长期以来一直走在RFID技术研发的前沿。最近，该实验室在RFID标签中加入了传感器功能，开发了一种工作在UHF波段的RFID标签，可以测量葡萄糖浓度并转发信息。在未来，该团队计划使用RFID标签来感知环境中的化学物质和气体，例如一氧化碳。

麻省理工学院机械工程研究生Sai Nithin Reddy Kantareddy表示，研究人员长期以来一直在试图扩展RFID的功能，在每个地方放置一个具有传感器功能的RFID标签，以形成一个巨大的、廉价的检测网络，在没有电的情况下检测一氧化碳或氨。池已通电。Kantareddy与研究科学家Rahul Bhattacharya、麻省理工学院开放研究副院长以及Daniel Fort Flowers机械工程教授Sanjay Sarma共同开发了这种新型RFID标签。

Sarma说，RFID标签是最便宜、功耗最低的射频通信工具。因此，RFID标签融合传感功能是物联网研究中的一个里程碑。天线中心设计难以避免多径干扰。

在此之前，RFID标签有很多类型，包括带电池的有源RFID和不带电池的无源RFID。两个标签包含一个小天线。用户可以通过读卡器读取标签微芯片上的信息。有源RFID标签不需要外部能量供应，而无源RFID标签通过阅读器发射的微波获取能量。

最近，研究人员一直在尝试将传感功能集成到无源RFID标签中。工作方向主要包括开发一种能对环境中的特定因素做出反应的天线，然后天线以不同频率或不同信号强度向读取器发送数据，表明检测到某种物质。

例如，Sarma团队之前设计了一种RFID标签天线，可以在不同的湿度水平下传输不同波形的信号。他们还设计了RFID标签，可以通过血管检测贫血。

然而，Kantareddy认为这种特殊的反应天线有一个弱点，即多径干扰。即读写器不仅接收到来自RFID标签的直接响应信号，还接收到通过环境反射到达读写器的多径信号的直接响应信号。多径信号干扰信息的正常接收，导致误报或漏报。

基于芯片的新设计

萨尔玛团队还有另一种方法在芯片上写文章。在市场上，他们购买工作在半主动(电池，但不是主动信号)和被动两种模式下的RFID芯片，然后添加一个标准天线。然后，他们在市场芯片中添加了一种新的芯片，使芯片组仅在特定的环境刺激下激活半主动RFID模式，并发射一组特定的信号。这种信号与被动RFID模式下的信号不同，被动RFID模式可以可靠地通知接收器环境中存在特定物质。Kantareddy表示，该方案比基于天线的传感RFID技术更可靠，用户不容易受到多径效应的干扰。接下来，该团队将通过研究新的数据格式和增强发射信号的功率，进一步提高传输数据的可靠性，降低虚警的概率。Bhattacharyya强调，新方案还解决了基于天线的RFID传感技术面临的一个主要问题——同时大量RFID标签的相互干扰。被大量短距离无源标签迷惑的用户，现在可以把阅读器放在远处，只有当环境中确实有特定物质时，阅读器才会发出警报。

即插即用传感器

在演示实验中，该团队演示了一种基于市售葡萄糖传感器的RFID葡萄糖传感器。当葡萄糖暴露在标签上时，传感器中的电解质会发生化学反应，产生电能，为RFID提供额外的能量。接下来，RFID标签从被动模式切换到半主动模式。葡萄糖加入越多，半活性模式持续的时间就越长。

坎塔瑞迪说，一旦用户接收到半主动模式信号，他就知道标签上找到了葡萄糖。用户还可以根据半活动模式的持续时间进一步确定葡萄糖含量。

当然，新型RFID葡萄糖检测仪目前的性能也要优于目前尚未上市的成熟葡萄糖检测仪。Kantareddy说，该团队的主要目标不是开发葡萄糖探测器，而是证明新的RFID探测器可以比传统的基于天线的RFID探测器更可靠地发送信号。

此外，新的RFID探测器效率更高，因为一方面，当目标材料未被感知时，RFID标签以被动模式工作，不消耗电力;另一方面，环境中的目标物质本身在与探测器接触时会产生能量，因此发送信号的过程并不比电池多多少。目前，新型RFID标签传输的信号可以在10米外接收，而现有技术只能接收1-2米外的信号。

接下来，该团队计划开发一种一氧化碳探测器。Kantareddy指出，基于天线的RFID传感器设计应针对每种特定的目标材料重新设计天线。新的设计不需要改变天线，只需要增加目标材料的检测芯片。

因此，新型RFID传感器可以低成本、大面积部署，用于监控锅炉、燃气管道等关键系统。