Estos días, muchos minoristas y fabricantes están rastreando sus productos utilizando RFID, o etiquetas de identificación por radiofrecuencia. A menudo, estas etiquetas vienen en forma de etiquetas en papel equipadas con una antena simple y un chip de memoria. Cuando se le da una palmada en un cartón de leche o en el cuello de una chaqueta, Las etiquetas RFID actúan como firmas inteligentes, transmitir información a un lector de radiofrecuencia sobre la identidad, estado, o ubicación de un producto determinado.

Además de controlar los productos a lo largo de la cadena de suministro, Las etiquetas RFID se utilizan para rastrear todo, desde fichas de casino y ganado hasta visitantes de parques de atracciones y corredores de maratón.

El laboratorio de identificación automática del MIT ha estado durante mucho tiempo a la vanguardia del desarrollo de la tecnología RFID. Ahora los ingenieros de este grupo están cambiando la tecnología hacia una nueva función:detección. Han desarrollado una nueva frecuencia ultra alta, o UHF, Configuración de sensor de etiqueta RFID que detecta picos de glucosa y transmite esta información de forma inalámbrica. En el futuro, el equipo planea adaptar la etiqueta para detectar sustancias químicas y gases en el medio ambiente, como el monóxido de carbono.

"La gente está buscando más aplicaciones como la detección para obtener más valor de la infraestructura RFID existente, "dice Sai Nithin Reddy Kantareddy, estudiante de posgrado en el Departamento de Ingeniería Mecánica del MIT. "Imagine la creación de miles de estos sensores de etiquetas RFID económicos que puede colocar en las paredes de una infraestructura o en los objetos circundantes para detectar gases comunes como el monóxido de carbono o el amoníaco. sin necesidad de batería adicional. Podrías implementarlos de forma económica, a través de una red enorme ".

Kantareddy desarrolló el sensor con Rahul Bhattacharya, un científico investigador del grupo, y Sanjay Sarma, el profesor Fred Fort Flowers y Daniel Fort Flowers de Ingeniería Mecánica y vicepresidente de aprendizaje abierto en el MIT. Los investigadores presentaron su diseño en la Conferencia Internacional IEEE sobre RFID, y sus resultados aparecen en línea esta semana.

"RFID es el más barato, Protocolo de comunicación de RF de menor potencia que existe, ", Dice Sarma." Cuando se pueden implementar chips RFID genéricos para detectar el mundo real a través de trucos en la etiqueta, la verdadera sensación omnipresente puede convertirse en realidad ".

Olas confusas

En la actualidad, Las etiquetas RFID están disponibles en varias configuraciones, incluidas las variedades "pasiva" y asistida por batería. Ambos tipos de etiquetas contienen una pequeña antena que se comunica con un lector remoto mediante la retrodispersión de la señal de RF. enviándole un código simple o un conjunto de datos que se almacena en el pequeño chip integrado de la etiqueta. Las etiquetas asistidas por batería incluyen una pequeña batería que alimenta este chip. Las etiquetas RFID pasivas están diseñadas para recolectar energía del propio lector, que, naturalmente, emite suficientes ondas de radio dentro de los límites de la FCC para alimentar el chip de memoria de la etiqueta y recibir una señal reflejada.

Recientemente, Los investigadores han estado experimentando con formas de convertir etiquetas RFID pasivas en sensores que pueden operar durante largos períodos de tiempo sin necesidad de baterías o reemplazos. Estos esfuerzos se han centrado típicamente en manipular la antena de una etiqueta, diseñarlo de tal manera que sus propiedades eléctricas cambien en respuesta a ciertos estímulos en el entorno. Como resultado, una antena debe reflejar las ondas de radio de regreso al lector a una frecuencia o intensidad de señal característicamente diferente, indicando que se ha detectado un cierto estímulo.

Por ejemplo, El grupo de Sarma diseñó previamente una antena de etiqueta RFID que cambia la forma en que transmite ondas de radio en respuesta al contenido de humedad en el suelo. El equipo también fabricó una antena para detectar signos de anemia en la sangre que fluye a través de una etiqueta RFID.

Pero Kantareddy dice que hay inconvenientes en tales diseños centrados en antenas, el principal es "interferencia de trayectos múltiples, "un efecto de confusión en el que las ondas de radio, incluso de una sola fuente, como un lector RFID o una antena, Puede reflejarse en múltiples superficies.

"Dependiendo del entorno, las ondas de radio se reflejan en las paredes y los objetos antes de que se reflejen en la etiqueta, que interfiere y genera ruido, "Dice Kantareddy." Con sensores basados ​​en antenas, hay más posibilidades de que obtenga falsos positivos o negativos, lo que significa que un sensor le dirá que detectó algo incluso si no lo hizo, porque se ve afectado por la interferencia de los campos de radio. Por lo tanto, hace que la detección basada en antenas sea un poco menos confiable ".

Astillando

El grupo de Sarma adoptó un nuevo enfoque:en lugar de manipular la antena de una etiqueta, intentaron adaptar su chip de memoria. Compraron chips integrados listos para usar que están diseñados para cambiar entre dos modos de energía diferentes:un modo basado en energía de RF, similar a los RFID completamente pasivos; y un modo asistido por energía local, como de una batería externa o un condensador, similar a las etiquetas RFID semipasivas.

El equipo transformó cada chip en una etiqueta RFID con una antena de radiofrecuencia estándar. En un paso clave, los investigadores construyeron un circuito simple alrededor del chip de memoria, permitiendo que el chip cambie a un modo asistido por energía local solo cuando detecta ciertos estímulos. Cuando está en este modo asistido (llamado comercialmente modo pasivo asistido por batería, o BAP), el chip emite un nuevo código de protocolo, distinto del código normal que transmite cuando está en modo pasivo. Un lector puede entonces interpretar este nuevo código como una señal de que se ha detectado un estímulo de interés.

Kantareddy dice que este diseño basado en chip puede crear sensores RFID más confiables que los diseños basados ​​en antenas porque esencialmente separa las capacidades de comunicación y detección de una etiqueta. En sensores basados ​​en antenas, Tanto el chip que almacena datos como la antena que transmite datos dependen de las ondas de radio reflejadas en el entorno. Con este nuevo diseño, un chip no tiene que depender de ondas de radio de confusión para detectar algo.

"Esperamos que aumente la fiabilidad de los datos, "Dice Kantareddy." Hay un nuevo código de protocolo junto con el aumento de la intensidad de la señal cada vez que detecta, y hay menos posibilidades de que confunda cuando una etiqueta detecta o no detecta ".

"Este enfoque es interesante porque también resuelve el problema de la sobrecarga de información que se puede asociar con un gran número de etiquetas en el entorno, "Dice Bhattacharyya." En lugar de tener que analizar constantemente flujos de información de etiquetas pasivas de corto alcance, un lector de RFID se puede colocar lo suficientemente lejos para que solo se comuniquen los eventos importantes y deban procesarse ".

Sensores "plug-and-play"

Como demostración, los investigadores desarrollaron un sensor de glucosa RFID. Instalaron electrodos sensores de glucosa disponibles comercialmente, lleno del electrolito glucosa oxidasa. Cuando el electrolito interactúa con la glucosa, el electrodo produce una carga eléctrica, actuando como fuente de energía local, o batería.

Los investigadores conectaron estos electrodos al circuito y chip de memoria de una etiqueta RFID. Cuando agregaron glucosa a cada electrodo, la carga resultante hizo que el chip cambiara de su modo de potencia de RF pasivo, al modo de energía asistida por carga local. Cuanta más glucosa agregaron, cuanto más tiempo permanezca el chip en este modo de energía secundaria.

Kantareddy dice que un lector, sintiendo este nuevo modo de energía, puede interpretar esto como una señal de que hay glucosa presente. 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. La meta, 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, por lo tanto, 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, decir, 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 historia se vuelve a publicar por cortesía de MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), un sitio popular que cubre noticias sobre la investigación del MIT, innovación y docencia.