MIT Scholars Adopt Einzigartiges Design, um RFID in selbst betriebene Sensoren zu transformieren

In den letzten Jahren haben sich immer mehr Einzelhändler und Hersteller dazu entschlossen, RFID (Radio Frequency Identification Chip) zu nutzen, um ihre Produkte zu verfolgen. Oft basieren diese RFIDs auf Papieretiketten sowie einfachen Antennen- und Speicherchips. Wenn diese RFID-Tags an Milchkartons oder Jacken angebracht sind, können sie als Smart-Tags verwendet werden, um dem RF-Reader Informationen über die Identität, den Status oder den Standort des betreffenden Produkts zu senden.

Neben der Kennzeichnung von Produkten in der gesamten Lieferkette sind RFID-Tags auch weit verbreitet, um Casino-Chips und Ranch Rinder Szenen für Vergnügungsparkbesucher und Marathonläufer zu verfolgen.

Das automatisierte Identifizierungslabor des MIT (Massachusetts Institute of Technology) ist an der Spitze der RFID-Technologieentwicklung. Laut dem Beratungsbericht von Jimmy Mills versuchen Forscher im Labor neue Features der RFID-Technologie zu entwickeln: Sie haben einen neuen UHF RFID-Tag-Sensor entwickelt, der Spitzen-Glucose und drahtlose Übertragungssignale erkennen kann. In Zukunft plant das Team, diesen RFID-Sensor zu perfektionieren, um die Umgebung von Verbindungen und Gasen wie Stickstoffmonoxid (CO) zu überwachen.

死人类审美mehr bestehende RFID -温特再见Infrastrukturen legen und mehr Anwendungen erweitern, wie zum Beispiel die Erfassung“, sagt Sai Nithin Reddy Kantareddy, Absolvent des MIT Maschinenbau Instituts. „Wir können tausende solcher billiger gestalten. RFID-Tag-Sensoren sind an den Gebäudewänden oder verschiedenen Objekten angebracht, ohne dass eine zusätzliche Batterie benötigt wird, um alle gängigen Gase in der Umgebung, wie Kohlenmonoxid oder Ammoniak, zu erfassen. Und schaffen Sie ein riesiges Sensornetzwerk zu sehr niedrigen Kosten. „

Kantareddys Forschungsteam umfasst Wissenschaftler Rahul Bhattacharya, und MIT Maschinenbau Fred Fort Flowers und Daniel Fort Flowers Professor und Open Learning Vice President Sanjay Sarma.

"RFID ist das günstigste und niedrigste Power RF-Kommunikationsprotokoll, das heute verfügbar ist", sagte Sarma. "Wenn ein universeller RFID-Chip die reale Welt durch die Verbesserung der Tags spüren kann, wird der wahre Sinn für Sensor-Ubiquity Realität. „

Hybridwelle

Derzeit sind RFID-Tags in einer Vielzahl von Konfigurationen verfügbar, einschließlich batteriebetrieben und passiv. Beide Arten von RFID-Tags enthalten eine kleine Antenne, die rückgestreute HF-Signale mit einem Fernleser, Senden von Daten oder einfachen Code auf einem kleinen integrierten Chip im Tag kommuniziert. Der batteriebetriebene Tag enthält eine kleine Batterie, die den Chip betreibt. Passive RFID-Tags sammeln Energie vom Leser selbst. Der Leseer sendet Funkwellen von ausreichend Energie innerhalb der FCC-Grenze aus, um Energie für Speicherchips und reflektierten Signalempfang in RFID-Tags bereitzustellen.

In den letzten Jahren haben Forscher begonnen, mit Möglichkeiten zu experimentieren, passive RFID-Tags in langlebige Sensoren umzuwandeln, die keine Batterien benötigen oder Ersatz benötigen. Diese Bemühungen sind in der Regel vor allem für die Tag-Antenne konzipiert, die ihre elektrischen Eigenschaften in Reaktion auf bestimmte Umweltreize ändert. Wenn also ein bestimmter Reiz erkannt wird, wird die Antenne Funkwellen mit unterschiedlichen charakteristischen Frequenzen oder Signalstärken zurück zum Lesegerät reflektieren.

Zum Beispiel hat Sarmas Team zuvor eine RFID-Tag-Antenne entwickelt, die auf Feuchtigkeit in der Erde reagiert und die Radiowellenemissionen ändert. Das Team erstellte auch eine Antenne, die die Anämie, die durch das RFID-gekennzeichnete Blut fließt, spürt.

Kantareddy behauptete jedoch dass这艺术·冯·Antennen-zentrischem Design viele Defekte aufweist, wobei die Hauptsache "Multipath Interferenz" - auch Radiowellen aus einer einzigen Quelle (z.B. RFID-Leser oder Antenne) Reflext auf die Oberfläche, um gemischte Effekte zu bringen.

„Abhängig von den Umgebungsbedingungen können Funkwellen mehrfach an Wänden und Objekten reflektiert werden, bevor sie wieder auf das Etikett reflektiert werden. Dies kann die Lärmbildung beeinträchtigen“, sagte Kantareddy. „Antennenbasierte Sensoren nutzen, gibt es eine höhere Chance, dass sie misidentifiziert werden. Oder ein negatives Signal, was bedeutet, dass es möglich ist, dass die Antwort des Sensors ungenau ist, weil es Störungen des Funkfeldes unterliegt. Daher fehlt die antennenbasierte Erfassung ausreichender Zuverlässigkeit."

Kleine Veränderungen, große Weisheit

Sarmas Team hat eine neue Lösung angenommen: Anstatt Tag-Antennen anzusprechen, versuchen sie, ihre Speicherchips zu verbessern. Sie kauften einen kommerziell erhältlichen integrierten Chip, der zwischen zwei Leistungsmodi wechseln kann: einen basierend auf RF-Energiemodus, ähnlich wie vollständig passive RFID, und der andere ist ein lokaler energiegestützter Modus, wie zum Beispiel mit einem externen Akku oder Kondensator, ähnlich für semi-passive RFID-Tags.

Das Forschungsteam nutzte eine Standard-RF-Antenne und die obigen Chips, um RFID-Tags einzubetten. In einem entscheidenden Schritt haben die Forscher eine einfache Schaltung um den Speicherchip geschaffen, die es dem Chip ermöglicht, in den lokalen energiegestützten Modus umzuschalten, wenn der Chip einen Umweltreiz spürt. In diesem Modus (battery-assisted passive mode, BAP) gibt der Chip einen neuen Protokollcode aus, der sich von dem regulären Code unterscheidet, den er im passiven Modus ausgibt. Der Leser übersetzt dann diesen neuen Code, der angibt, dass das RFID-Tag ein Umweltstimulussignal von Interesse erkannt hat.

Kantareddy sagte, dass dieser RFID-basierte Sensor zuverlässiger ist als ein Sensor basierend auf einem Antennendesign, weil er grundsätzlich zwischen der Wahrnehmungs- und Kommunikationsfähigkeit des Tags unterscheidet. Bei Antennen-basierten Sensoren hängen sowohl der Chip, der Daten speichert, als auch die Antenne, die Daten sendet, von den in der Umgebung reflektierten Funkwellen ab. Und Kantareddys neues Design, sein Chip verlässt sich nicht auf gemischte Radiowellen, um Wahrnehmung zu erreichen.

"Wir hoffen, dass die Zuverlässigkeit der Daten verbessert werden kann", sagte Kantareddy. "Solange wir in einem sensierenden Zustand sind, wird unsere neue Lösung signalverstärkte neue Protokollcodes übertragen, die es uns ermöglichen, die Sensor- und Nicht-Sensing-Staaten eindeutig zu bestimmen." ."

"Diese Lösung ist sehr interessant, weil sie auch das Informationsüberlastungsproblem löst, das durch eine Vielzahl von Tags in der Umwelt verursacht wird", sagte Bhattacharyya. "Die Lösung hat die kontinuierliche Analyse des Informationsflusses durch passive Kurzstrecken-Tags aufgegeben und RFID-Leser ermöglicht." Es kann so weit platziert werden, dass nur wichtige Ereignisse kommuniziert und verarbeitet werden können."

Plug & Play Sensor

Als示范entwickelte das Forschungsteam einen RFID-Blutzuckersensor. Sie verwenden handelsübliche Glucose-Sensorelektroden, die mit Elektrolyt-Glucoseoxidase gefüllt sind. Wenn der Elektrolyt mit Glukose interagiert, erzeugt die Elektrode eine Ladung, die als lokale Energiequelle oder Batterie wirkt.

Die Forscher verbindeten diese Elektroden mit den Speicherchips und Schaltungen der RFID-Tags. Wenn sie jeder Elektrode Glucose hinzufügen, kann die erzeugte Ladung den Chip von seinem passiven HF-Leistungsmodus in einen lokalen Ladungsassistent Modus umschalten. Je mehr Glukose hinzugefügt wird, desto länger ist der Chip im zweiten Leistungsmodus.

Kantareddy sagte, dass Leser, die diesen neuen Leistungsmodus spüren können, dies als ein Signal verwenden können, dass Glukose in der Umwelt vorhanden ist. Dieser Leser kann die Menge an Glukose durch Messung der Zeit, die der Chip im batteriegestützten Modus ist - je länger die Zeit in diesem Modus, desto höher der Glukosegehalt.

Obwohl der vom Forschungsteam entwickelte Sensor Glukose erkennen kann, ist seine Leistung noch niedriger als die der handelsüblichen dedizierten Glukosesensoren. Kantareddy erklärte, dass ihr Ziel ist nicht, einen RFID-Glucose-Sensor zu entwickeln, sondern ihre Designs im Vergleich zu Antennen auf Basis des Sensors zu zeigen, hat eine zuverlässigere Messleistung.

"Mit unserem Design sind die erhaltenen Daten zuverlässiger", sagte Kantareddy.

Darüber hinaus ist ihr Design effizienter. Sein Tag kann im passiven Modus mit in der Nähe reflektierter HF-Energie betrieben werden, bis ein Umweltreiz von Interesse in der Nähe erscheint. Und dieser Reiz selbst kann dem Tag Energie geben und dem Leser einen Alarmcode senden. Somit kann der Sensor selbst zusätzliche Energie für den integrierten Chip bereitstellen.

„Weil dieser Tag Energie sowohl von RF als auch von der Elektrode erhalten kann, wurde sein Kommunikationsbereich stark erweitert“, sagte Kantareddy. „Mit diesem Design kann der Abstand des Lesers mehr als 10 Meter, weit über. 1 bis 2 Meter. Daher kann der gleiche Bereich die Anzahl und die Kosten der Leser stark reduzieren."

Als nächstes plant er, einen RFID-Kohlenmonoxidsensor zu entwickeln, indem er sein Design mit verschiedenen Elektrodentypen kombiniert. Wenn Kohlenmonoxid auftritt, kann es die Sensorladung machen und sie antreiben.

"Ein Antennen-basiertes Design erfordert die Gestaltung einer bestimmten Antenne für eine bestimmte Anwendung", sagte Kantareddy. "Mit unserem Design müssen wir nur eine kommerziell erhältliche Elektrode, Plug & Play verwenden, die das gesamte Designkonzept macht. Es ist sehr einfach zu erweitern. Der Anwender kann Tausende dieser Sensoren zu Hause oder am Fabrikort zur Überwachung von Kesseln, Gastanks oder Rohrleitungen einsetzen."