MIT Scholars, RFID'i kendi güçlü Sensörlere dönüştürmek için eşsiz Tasarım benimsemiştir

Son yıllarda, daha fazla perakendeci ve üreticiler, ürünlerini takip etmek için RFID (Radio Frekans Tanım Chip) kullanmayı seçtiler. Genellikle bu RFIDler kağıt etiketleri artı basit anten ve hafıza cipsine dayanmaktadır. Bu RFID etiketleri süt kartonlarına veya ceketlere eklendiğinde, ilgili ürünün kimlik, statüsü veya konumu hakkında RF okuyucuya bilgi göndermek için akıllı etiketler olarak kullanılabilir.

Tedarik zinciri boyunca ürünleri işaretlemenin yanı sıra, RFID etiketleri casino fişlerini takip etmek ve eğlence park ziyaretçileri ve maraton koşucuları için sığır sahnelerini yürütmek için yaygın olarak kullanılmaktadır.

MIT (Massachusetts Institute of Technology) otomatik kimlik laboratuvarı RFID teknolojisi geliştirmenin ön saflarında olmuştur. Jimmy Mills'in danışmanlığı raporuna göre, laboratuvardaki araştırmacılar RFID teknolojisinin yeni özelliklerini geliştirmeye çalışıyorlar: Onlar, zirve glukozunu ve kablosuz iletim sinyalleri tespit edebilecek yeni bir 2021 RFID etiketi sensörü geliştirdiler. Gelecekte, ekip bu RFID sensörünü nitrik oksit (CO) gibi bileşikler ve gazların ortamını izlemek için mükemmel etmeyi planlıyor.

İnsanlar mevcut RFID altyapılarından daha fazla değer almak ve algılama gibi daha fazla uygulama genişletmek istiyor,” dedi Sai Nithin Reddy Kantareddy, MIT Mekanik Mühendisliği Enstitüsü'nde bir lisans öğrencisi. “Bu tür ucuz olanları binlerce yaratabiliriz. RFID etiketi sensörleri, bina duvarlarına veya çeşitli nesnelere bağlanırlar, çevredeki tüm yaygın gazları tespit etmek için ekstra bir bataryaya ihtiyaç duymadan, karbon monoksit veya amonyak gibi. Ve çok düşük bir maliyetle büyük bir sensör ağı oluşturun. ""

Kantareddy'nin araştırma ekibi bilim insanları Rahul Bhattacharya ve MIT Mekanik Mühendisliği Fred Fort Çiçekler ve Daniel Fort Çiçekler Profesör ve Açık Öğrenme Başkan Yardımcısı Sanjay Sarma'yı içerir.

"RFID bugün mevcut en ucuz ve en düşük güç RF iletişim protokolü" dedi Sarma. “Genel amaçlı bir RFID çipi, gerçek dünyayı etiketleri geliştirerek hissedebiliyorsa, o zaman sensör ubiquity'nin gerçek hissi bir gerçeklik haline gelecektir. ""

Hybrid dalgası

Şu anda, RFID etiketleri batarya destekli ve pasif de dahil olmak üzere çeşitli konfigürasyonlarda mevcuttur. Her iki RFID etiketi de, uzak bir okuyucu ile geri dönen küçük bir anten içeriyor, etiketdeki küçük entegre bir çip üzerinde depolanan verileri veya basit bir kodu gönderiyor. Batarya destekli etiket, çipleri güçleyen küçük bir batarya içeriyor. Pasif RFID etiketleri okuyucunun kendisinden enerji toplar. Okuyucu, depolama çipleri için enerji sağlamak ve RFID etiketlerinde sinyal alımı yansıtacak kadar sadece yeterli enerji dalgaları yayıyor.

Son yıllarda, araştırmacılar pasif RFID etiketleri uzun süren sensörlere dönüştürmek için yollarla deney başlattılar veya yedek gerektirmezler. Bu çabalar genellikle belirli çevresel uyaranlara yanıt olarak elektrik özelliklerini değiştiren etiket anteni için tasarlanmıştır. Böylece, belirli bir uyaran tespit edildiğinde, anten radyo dalgalarını farklı karakteristik frekanslar veya sinyal güçlüleri ile geri yansıtacaktır.

Orneğ,Sarma’ın ekibi daha yeryuzundeki nemlere cevap veren bir RFID etiketi anteni tasarladı ve radyo dalga emisyonlarını değiştirdi. Ekip ayrıca RFID’in kanını kullandığı anemiyi algılayan bir anten yarattı.

Bununla birlikte, Kantareddy, bu tür bir anten merkezli tasarımın birçok kusura sahip olduğunu iddia etti, ana kişi tek bir kaynaktan gelen radyo dalgaları (örneğin bir RFID okuyucu veya anten gibi) Karışık etkiler getirmek için yüzeyde aydınlandı.

“Çevrenin koşullarına dikkat edin, radyo dalgaları etikete geri dönmeden önce duvarlara ve nesnelere birden fazla kez yansıtılabilir. Bu gürültü oluşumuna müdahale edebilir,” dedi Kantareddy. “ Anten tabanlı sensörler, misidenized olacağı daha yüksek bir şans var. Ya da negatif bir sinyal, bu, sensörün cevabının yanlış olduğu anlamına gelir, çünkü radyo alanından müdahaleye tabidir. Bu nedenle, anten tabanlı algılama yeterli güvenilirlikten yoksundur.”

Küçük değişiklikler, büyük bilgelik

Sarma'nın ekibi yeni bir çözüm benimsemiştir: Etiket antenlerini hedeflemek yerine, hafıza çiplerini geliştirmeye çalışıyorlar. İki güç modları arasında geçiş yapabilecek ticari olarak mevcut bir çip satın aldılar: RF enerji moduna dayanan biri, tamamen pasif RFID'e benzer ve diğeri dış bir batarya veya kapasitör kullanarak yerel bir enerji yardımcı modudur, aynı zamanda yarı-passive RFID etiketleri için.

Araştırma ekibi standart bir RF anteni ve yukarıdaki çipleri RFID etiketlerine eklemek için kullandı. Anahtar bir adımda, araştırmacılar çipin yerel enerji destekli bir moda geçişine izin veren hafıza çipinin etrafındaki basit bir devre yarattılar. Bu modda (battery-assisted pasif mod, BAP), çip, pasif modda yaydığı normal koddan farklı olan yeni bir protokol kodu yayıyor. Okuyucu daha sonra bu yeni kodu tercüme eder ve RFID etiketinin çevresel bir uyaran sinyalini tespit ettiğini gösterir.

Kantareddy bu RFID tabanlısensorun bir anten助教arımına dayanan bir sensörden daha güvenilir olduğunu söyledi, çünkü etiketin algısı ve iletişim yetenekleri arasında temel olarak ayırt edilir. Anten tabanlı sensörlerde, her ikisi de veri depolayan ve verileri gönderen anten, çevreye yansıyan radyo dalgalarına bağlıdır. Ve Kantareddy'nin yeni tasarımı, çipi algı elde etmek için karışık radyo dalgalarına güvenmiyor.

"Verinin güvenilirliğinin geliştirilebileceğini umuyoruz," dedi Kantareddy. “Bir algılama durumunda olduğumuz sürece, yeni çözüm sinyal-enhanced yeni protokol kodlarını iletecektir, bu da sensör algılamasını ve yanlış olmayan ülkeleri açıkça belirlememize izin verecektir.” .”

"Bu çözüm çok ilginç çünkü çevredeki çok sayıda etiketden kaynaklanan bilgi aşırılığı problemini çözüyor," dedi Bhattacharyya. Çözüm, kısa vadeli pasif etiketler aracılığıyla bilgi akışının sürekli analizini terk etti, RFID okuyucularına izin verdi." Şimdiye kadar yeterince yerleştirilebilir, böylece sadece önemli olaylar iletişim kurabilir ve işlenebilir.”

Plug and play sensör

Bir gösteri olarak, araştırma ekibi bir RFID kan şekeri sensörü geliştirdi. Ticari olarak mevcut glikoz algılama elektrolit glukoz oxidase ile dolu elektrolit elektrolit elektrot elektrotları kullanırlar. Elektrolyte şekeri ile etkileşime girdiğinde, elektrode yerel bir enerji kaynağı veya batarya olarak hareket eden bir şarj yaratır.

Araştırmacılar bu elektrotları RFID etiketleri ve devrelerine bağladılar. Her bir elektrode glikoz eklediklerinde, üretilen şarj, çipi pasif RF güç modundan yerel bir şarj yardımcı modundan geçebilir. Daha fazla glikoz eklenir, çip ikinci güç modundadır.

Kantareddy, bu yeni güç modunu hissedebilecek okuyucuların bunu çevrede glukozun bulunduğu bir sinyal olarak kullanabileceklerini söyledi. Bu okuyucu, çipin şarj modunda olduğunu ölçerek kan şekeri miktarını belirleyebilir - bu modda daha uzun zaman, daha yüksek şeker içeriği.

Araştırma ekibi tarafından geliştirilen sensör şekeri tespit edebilir olsa da, performans hala ticari olarak mevcut özel glukoz sensörlerinden daha düşük. Kantareddy, hedeflerinin bir RFID glukoz sensörü geliştirmediğini, ancak tasarımlarını sensöre dayanan antenlere kıyasla göstermek için daha güvenilir bir algılama performansına sahip olduğunu belirtti.

"Tasing our design, the data made is more reliable," dedi Kantareddy.

Ayrıca, tasarımı daha verimlidir. Onun etiketi yakındaki yanmış RF enerjisini kullanarak pasif modunda işletilebilir, bir çevresel ilgi çekiciliği yakın görünür. Ve bu uyaranın kendisi etikete güç sağlayabilir ve okuyucuya bir uyarı kodu gönderebilir. Bu nedenle, sensör kendini entegre çip için ek enerji sağlayabilir.

“Çünkü bu etiket hem RF hem de elektrotdan enerji alabilir, iletişim aralığı çok genişledi,” dedi Kantareddy. “Bu tasarımı, okuyucunun mesafe 10 metreden fazla ulaşabilir. 1 ila 2 metre gitmek. Bu nedenle aynı alan, okuyucuların sayısını ve maliyetini büyük ölçüde azaltabilir.”

Ardından, tasarımı farklı elektrot türleri ile birleştirerek bir RFID sensörü geliştirmeyi planlıyor. Karbon monoksit ortaya çıktığında, sensör şarjını ve gücünü yapabilir.

"Bir anten tabanlı tasarımın kullanılması belirli bir uygulama için belirli bir anten tasarlamak gerekir," dedi Kantareddy. "Bizim tasarımımızla, sadece ticari olarak mevcut bir elektrot, fiş ve oyun kullanmak zorundayız, bu da tüm tasarım konseptini yapar. Genişlemek çok kolaydır. Kullanıcılar, kazanları, gaz tanklarını veya boru hatları izlemek için binlerce bu sensörler dağıtabilir.”