In questi giorni, molti rivenditori e produttori stanno monitorando i loro prodotti utilizzando RFID, o tag di identificazione a radiofrequenza. Spesso, questi tag si presentano sotto forma di etichette cartacee dotate di una semplice antenna e di un chip di memoria. Quando viene schiaffeggiato su un cartone del latte o sul collo di una giacca, I tag RFID fungono da firme intelligenti, trasmettere informazioni a un lettore a radiofrequenza sull'identità, stato, o l'ubicazione di un determinato prodotto.

Oltre a tenere sotto controllo i prodotti lungo tutta la catena di approvvigionamento, I tag RFID vengono utilizzati per tracciare qualsiasi cosa, dalle fiches del casinò e dal bestiame ai visitatori dei parchi di divertimento e ai maratoneti.

L'Auto-ID Lab del MIT è da tempo in prima linea nello sviluppo della tecnologia RFID. Ora gli ingegneri di questo gruppo stanno spostando la tecnologia verso una nuova funzione:il rilevamento. Hanno sviluppato un nuovo ultra-alta frequenza, o UHF, Configurazione del sensore tag RFID che rileva i picchi di glucosio e trasmette queste informazioni in modalità wireless. Nel futuro, il team prevede di personalizzare il tag per rilevare sostanze chimiche e gas nell'ambiente, come il monossido di carbonio.

"Le persone stanno cercando più applicazioni come il rilevamento per ottenere più valore dall'infrastruttura RFID esistente, "dice Sai Nithin Reddy Kantareddy, uno studente laureato presso il Dipartimento di Ingegneria Meccanica del MIT. "Immagina di creare migliaia di questi economici sensori di tag RFID che puoi semplicemente applicare sulle pareti di un'infrastruttura o sugli oggetti circostanti per rilevare gas comuni come monossido di carbonio o ammoniaca, senza bisogno di una batteria aggiuntiva. Potresti distribuirli a buon mercato, su una vasta rete."

Kantareddy ha sviluppato il sensore con Rahul Bhattacharya, un ricercatore del gruppo, e Sanjay Sarma, Fred Fort Flowers e Daniel Fort Flowers Professore di Ingegneria Meccanica e vicepresidente dell'open learning al MIT. I ricercatori hanno presentato il loro progetto alla conferenza internazionale IEEE sull'RFID, e i loro risultati appaiono online questa settimana.

"RFID è il più economico, protocollo di comunicazione RF a bassa potenza disponibile, " Sarma dice. "Quando i chip RFID generici possono essere utilizzati per rilevare il mondo reale attraverso trucchi nel tag, il vero senso pervasivo può diventare realtà."

Onde confondenti

Attualmente, I tag RFID sono disponibili in diverse configurazioni, comprese le varietà a batteria e "passive". Entrambi i tipi di tag contengono una piccola antenna che comunica con un lettore remoto mediante retrodiffusione del segnale RF, inviandogli un semplice codice o un insieme di dati che viene memorizzato nel piccolo chip integrato del tag. I tag a batteria includono una piccola batteria che alimenta questo chip. I tag RFID passivi sono progettati per raccogliere energia dal lettore stesso, che emette naturalmente abbastanza onde radio entro i limiti FCC per alimentare il chip di memoria del tag e ricevere un segnale riflesso.

Recentemente, i ricercatori hanno sperimentato modi per trasformare i tag RFID passivi in ​​sensori in grado di funzionare per lunghi periodi di tempo senza la necessità di batterie o sostituzioni. Questi sforzi si sono in genere concentrati sulla manipolazione dell'antenna di un tag, ingegnerizzandolo in modo tale che le sue proprietà elettriche cambino in risposta a determinati stimoli nell'ambiente. Di conseguenza, un'antenna dovrebbe riflettere le onde radio verso un lettore a una frequenza o potenza del segnale caratteristicamente diversa, indicando che un determinato stimolo è stato rilevato.

Ad esempio, Il gruppo di Sarma aveva precedentemente progettato un'antenna tag RFID che cambia il modo in cui trasmette le onde radio in risposta al contenuto di umidità nel suolo. Il team ha anche fabbricato un'antenna per rilevare i segni di anemia nel sangue che scorre attraverso un tag RFID.

Ma Kantareddy dice che ci sono degli svantaggi in questi progetti incentrati sull'antenna, il principale è "interferenza multipercorso, " un effetto confondente in cui le onde radio, anche da un'unica fonte come un lettore RFID o un'antenna, può riflettere su più superfici.

"A seconda dell'ambiente, le onde radio si riflettono sui muri e sugli oggetti prima di riflettersi sull'etichetta, che interferisce e crea rumore, " dice Kantareddy. "Con i sensori basati sull'antenna, c'è più possibilità di ottenere falsi positivi o negativi, il che significa che un sensore ti dirà che ha rilevato qualcosa anche se non l'ha fatto, perché risente dell'interferenza dei campi radio. Quindi rende il rilevamento basato sull'antenna un po' meno affidabile".

scheggiando

Il gruppo di Sarma ha adottato un nuovo approccio:invece di manipolare l'antenna di un tag, hanno provato ad adattare il suo chip di memoria. Hanno acquistato chip integrati pronti all'uso progettati per passare da due diverse modalità di alimentazione:una modalità basata sull'energia RF, simile agli RFID completamente passivi; e una modalità assistita da energia locale, come da una batteria esterna o da un condensatore, simili ai tag RFID semipassivi.

Il team ha lavorato ogni chip in un tag RFID con un'antenna a radiofrequenza standard. In un passaggio chiave, i ricercatori hanno costruito un semplice circuito attorno al chip di memoria, consentendo al chip di passare a una modalità assistita da energia locale solo quando rileva determinati stimoli. Quando ci si trova in questa modalità assistita (chiamata commercialmente modalità passiva assistita da batteria, o BAP), il chip emette un nuovo codice di protocollo, distinto dal normale codice che trasmette quando è in modalità passiva. Un lettore può quindi interpretare questo nuovo codice come un segnale che è stato rilevato uno stimolo di interesse.

Kantareddy afferma che questo design basato su chip può creare sensori RFID più affidabili rispetto ai design basati su antenne perché essenzialmente separa le capacità di rilevamento e comunicazione di un tag. Nei sensori basati su antenna, sia il chip che memorizza i dati che l'antenna che trasmette i dati dipendono dalle onde radio riflesse nell'ambiente. Con questo nuovo design, un chip non deve dipendere dalla confusione delle onde radio per percepire qualcosa.

"Speriamo che l'affidabilità dei dati aumenti, " Dice Kantareddy. "C'è un nuovo codice di protocollo insieme alla maggiore potenza del segnale ogni volta che stai rilevando, e ci sono meno possibilità per te di confondere quando un tag sta rilevando rispetto a non rilevando."

"Questo approccio è interessante perché risolve anche il problema del sovraccarico di informazioni che può essere associato a un gran numero di tag nell'ambiente, " Bhattacharyya dice. "Invece di dover costantemente analizzare flussi di informazioni da tag passivi a corto raggio, un lettore RFID può essere posizionato abbastanza lontano in modo che solo gli eventi significativi vengano comunicati e debbano essere elaborati."

Sensori "plug-and-play"

A dimostrazione, i ricercatori hanno sviluppato un sensore di glucosio RFID. Hanno installato elettrodi di rilevamento del glucosio disponibili in commercio, riempito con l'elettrolita glucosio ossidasi. Quando l'elettrolita interagisce con il glucosio, l'elettrodo produce una carica elettrica, fungendo da fonte energetica locale, o batteria.

I ricercatori hanno collegato questi elettrodi al chip e al circuito di memoria di un tag RFID. Quando hanno aggiunto glucosio a ciascun elettrodo, la carica risultante ha causato il passaggio del chip dalla modalità di alimentazione RF passiva, alla modalità di alimentazione assistita dalla ricarica locale. Più glucosio aggiungevano, più a lungo il chip è rimasto in questa modalità di alimentazione secondaria.

Kantareddy says that a reader, sensing this new power mode, 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. L'obiettivo. il gol, 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, dire, 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."

This story is republished courtesy of MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), a popular site that covers news about MIT research, innovation and teaching.