Nos dias de hoje, muitos varejistas e fabricantes estão rastreando seus produtos usando RFID, ou etiquetas de identificação por radiofrequência. Muitas vezes, essas etiquetas vêm na forma de etiquetas baseadas em papel equipadas com uma antena simples e chip de memória. Quando batido em uma caixa de leite ou gola de jaqueta, As etiquetas RFID atuam como assinaturas inteligentes, transmitir informações a um leitor de radiofrequência sobre a identidade, Estado, ou localização de um determinado produto.

Além de manter o controle sobre os produtos em toda a cadeia de abastecimento, As etiquetas RFID são usadas para rastrear tudo, desde fichas de cassino e gado até visitantes de parques de diversões e corredores de maratona.

O Auto-ID Lab do MIT está há muito tempo na vanguarda do desenvolvimento da tecnologia RFID. Agora, os engenheiros deste grupo estão lançando a tecnologia em uma nova função:detecção. Eles desenvolveram uma nova frequência ultra-alta, ou UHF, Configuração do sensor de etiqueta RFID que detecta picos de glicose e transmite essas informações sem fio. No futuro, a equipe planeja adaptar a etiqueta para detectar produtos químicos e gases no ambiente, como o monóxido de carbono.

"As pessoas estão buscando mais aplicações, como detecção para obter mais valor da infraestrutura RFID existente, "diz Sai Nithin Reddy Kantareddy, um estudante de graduação no Departamento de Engenharia Mecânica do MIT. "Imagine criar milhares desses sensores de tag RFID baratos que você pode simplesmente colocar nas paredes de uma infraestrutura ou nos objetos ao redor para detectar gases comuns como monóxido de carbono ou amônia, sem precisar de uma bateria adicional. Você pode implantá-los de forma barata, em uma grande rede. "

Kantareddy desenvolveu o sensor com Rahul Bhattacharya, um cientista pesquisador do grupo, e Sanjay Sarma, os professores Fred Fort Flowers e Daniel Fort Flowers de Engenharia Mecânica e vice-presidente de aprendizado aberto do MIT. Os pesquisadores apresentaram seu projeto na Conferência Internacional IEEE sobre RFID, e seus resultados aparecem online esta semana.

"RFID é o mais barato, protocolo de comunicação RF de menor potência lá fora, "Diz Sarma." Quando chips RFID genéricos podem ser implantados para sentir o mundo real por meio de truques na etiqueta, a verdadeira sensação penetrante pode se tornar realidade. "

Ondas confusas

Atualmente, As etiquetas RFID estão disponíveis em várias configurações, incluindo variedades assistidas por bateria e "passivas". Ambos os tipos de etiquetas contêm uma pequena antena que se comunica com um leitor remoto por retroespalhamento do sinal de RF, envio de um código simples ou conjunto de dados que são armazenados no pequeno chip integrado da tag. As etiquetas assistidas por bateria incluem uma pequena bateria que alimenta este chip. As etiquetas RFID passivas são projetadas para coletar energia do próprio leitor, que naturalmente emite ondas de rádio suficientes dentro dos limites da FCC para alimentar o chip de memória da etiqueta e receber um sinal refletido.

Recentemente, pesquisadores têm experimentado maneiras de transformar etiquetas RFID passivas em sensores que podem operar por longos períodos de tempo sem a necessidade de baterias ou substituições. Esses esforços geralmente se concentram na manipulação da antena de uma etiqueta, projetando-o de tal forma que suas propriedades elétricas mudem em resposta a certos estímulos no ambiente. Como resultado, uma antena deve refletir as ondas de rádio de volta para um leitor em uma frequência ou intensidade de sinal caracteristicamente diferente, indicando que um determinado estímulo foi detectado.

Por exemplo, O grupo de Sarma projetou anteriormente uma antena tag RFID que muda a forma como transmite ondas de rádio em resposta ao teor de umidade no solo. A equipe também fabricou uma antena para detectar sinais de anemia no sangue que flui por uma etiqueta RFID.

Mas Kantareddy diz que existem desvantagens para tais designs centrados em antenas, o principal sendo "interferência multipercurso, "um efeito de confusão em que as ondas de rádio, mesmo de uma única fonte, como um leitor RFID ou antena, pode refletir em várias superfícies.

“Dependendo do ambiente, as ondas de rádio refletem nas paredes e objetos antes de refletirem na etiqueta, que interfere e cria ruído, "Kantareddy diz." Com sensores baseados em antena, há mais chance de você obter falsos positivos ou negativos, o que significa que um sensor dirá que sentiu algo mesmo que não, porque é afetado pela interferência dos campos de rádio. Portanto, torna a detecção baseada em antena um pouco menos confiável. "

Lascando

O grupo de Sarma adotou uma nova abordagem:em vez de manipular a antena de uma tag, eles tentaram adaptar seu chip de memória. Eles compraram chips integrados prontos para uso que são projetados para alternar entre dois modos de energia diferentes:um modo baseado em energia de RF, semelhante a RFIDs totalmente passivos; e um modo assistido por energia local, como de uma bateria externa ou capacitor, semelhantes às etiquetas RFID semipassivas.

A equipe trabalhou cada chip em uma etiqueta RFID com uma antena de radiofrequência padrão. Em uma etapa importante, os pesquisadores construíram um circuito simples em torno do chip de memória, permitindo que o chip mude para um modo assistido por energia local somente quando sentir um certo estímulo. Quando neste modo assistido (comercialmente chamado de modo passivo assistido por bateria, ou BAP), o chip emite um novo código de protocolo, distinto do código normal, ele transmite quando em modo passivo. Um leitor pode então interpretar esse novo código como um sinal de que um estímulo de interesse foi detectado.

Kantareddy diz que este design baseado em chip pode criar sensores RFID mais confiáveis ​​do que designs baseados em antena, porque essencialmente separa as capacidades de detecção e comunicação de uma etiqueta. Em sensores baseados em antena, tanto o chip que armazena dados quanto a antena que os transmite dependem das ondas de rádio refletidas no ambiente. Com este novo design, um chip não precisa depender de ondas de rádio confusas para sentir algo.

"Esperamos que a confiabilidade dos dados aumente, "Kantareddy diz." Há um novo código de protocolo junto com o aumento da força do sinal sempre que você está detectando, e há menos chance de você confundir quando uma tag está detectando e não detectando. "

“Essa abordagem é interessante porque também resolve o problema de sobrecarga de informações que pode estar associada a um grande número de tags no ambiente, "Bhattacharyya diz." Em vez de ter que analisar constantemente fluxos de informações de tags passivas de curto alcance, um leitor RFID pode ser colocado longe o suficiente para que apenas eventos significativos sejam comunicados e precisem ser processados. "

Sensores "plug-and-play"

Como demonstração, os pesquisadores desenvolveram um sensor de glicose RFID. Eles montaram eletrodos sensores de glicose disponíveis no mercado, preenchido com o eletrólito glicose oxidase. Quando o eletrólito interage com a glicose, o eletrodo produz uma carga elétrica, atuando como uma fonte de energia local, ou bateria.

Os pesquisadores anexaram esses eletrodos a um circuito e chip de memória de uma etiqueta RFID. Quando eles adicionaram glicose a cada eletrodo, a carga resultante fez com que o chip mudasse de seu modo de energia RF passivo, para o modo de energia assistida por carga local. Quanto mais glicose eles adicionavam, quanto mais tempo o chip permaneceu neste modo de energia secundária.

Kantareddy diz que um leitor, sentindo este novo modo de energia, can interpret this as a signal that glucose is present. The reader can potentially determine the amount of glucose by measuring the time during which the chip stays in the battery-assisted mode:The longer it remains in this mode, the more glucose there must be.

While the team's sensor was able to detect glucose, its performance was below that of commercially available glucose sensors. O objetivo, Kantareddy says, was not necessarily to develop an RFID glucose sensor, but to show that the group's design could be manipulated to sense something more reliably than antenna-based sensors.

"With our design, the data is more trustable, " Kantareddy says.

The design is also more efficient. A tag can run passively on RF energy reflected from a nearby reader until a stimuli of interest comes around. The stimulus itself produces a charge, which powers a tag's chip to send an alarm code to the reader. The very act of sensing, therefore, produces additional power to power the integrated chip.

"Since you're getting energy from RF and your electrodes, this increases your communication range, " Kantareddy says. "With this design, your reader can be 10 meters away, rather than 1 or 2. This can decrease the number and cost of readers that, dizer, a facility requires."

Going forward, he plans to develop an RFID carbon monoxide sensor by combining his design with different types of electrodes engineered to produce a charge in the presence of the gas.

"With antenna-based designs, you have to design specific antennas for specific applications, " Kantareddy says. "With ours, you can just plug and play with these commercially available electrodes, which makes this whole idea scalable. Then you can deploy hundreds or thousands, in your house or in a facility where you could monitor boilers, gas containers, or pipes."

Esta história foi republicada por cortesia do MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), um site popular que cobre notícias sobre pesquisas do MIT, inovação e ensino.