Ces jours, de nombreux détaillants et fabricants suivent leurs produits à l'aide de la RFID, ou des étiquettes d'identification par radiofréquence. Souvent, ces étiquettes se présentent sous la forme d'étiquettes papier équipées d'une simple antenne et d'une puce mémoire. Lorsqu'il est giflé sur un carton de lait ou un col de veste, Les étiquettes RFID agissent comme des signatures intelligentes, transmettre des informations à un lecteur radiofréquence sur l'identité, Etat, ou l'emplacement d'un produit donné.

En plus de garder un œil sur les produits tout au long de la chaîne d'approvisionnement, Les étiquettes RFID sont utilisées pour tout tracer, des jetons de casino et du bétail aux visiteurs des parcs d'attractions et aux coureurs de marathon.

L'Auto-ID Lab du MIT est depuis longtemps à la pointe du développement de la technologie RFID. Aujourd'hui, les ingénieurs de ce groupe font basculer la technologie vers une nouvelle fonction :la détection. Ils ont développé une nouvelle ultra-haute fréquence, ou UHF, Configuration d'étiquette RFID-capteur qui détecte les pics de glucose et transmet sans fil ces informations. À l'avenir, l'équipe prévoit d'adapter l'étiquette pour détecter les produits chimiques et les gaz dans l'environnement, comme le monoxyde de carbone.

"Les gens se tournent vers plus d'applications comme la détection pour tirer plus de valeur de l'infrastructure RFID existante, " dit Sai Nithin Reddy Kantareddy, un étudiant diplômé du département de génie mécanique du MIT. « Imaginez la création de milliers de ces capteurs d'étiquettes RFID bon marché que vous pouvez simplement appliquer sur les murs d'une infrastructure ou sur les objets environnants pour détecter les gaz courants comme le monoxyde de carbone ou l'ammoniac, sans avoir besoin d'une batterie supplémentaire. Vous pouvez les déployer à moindre coût, sur un vaste réseau."

Kantareddy a développé le capteur avec Rahul Bhattacharya, un chercheur scientifique du groupe, et Sanjay Sarma, Fred Fort Flowers et Daniel Fort Flowers professeur de génie mécanique et vice-président de l'apprentissage ouvert au MIT. Les chercheurs ont présenté leur conception à la conférence internationale IEEE sur la RFID, et leurs résultats apparaissent en ligne cette semaine.

"La RFID est la moins chère, protocole de communication RF à faible puissance, " dit Sarma. " Lorsque des puces RFID génériques peuvent être déployées pour détecter le monde réel grâce à des astuces dans l'étiquette, la vraie sensation omniprésente peut devenir réalité. »

Des vagues de confusion

Actuellement, Les étiquettes RFID sont disponibles dans un certain nombre de configurations, y compris les variétés à batterie et les variétés "passives". Les deux types d'étiquettes contiennent une petite antenne qui communique avec un lecteur distant en rétrodiffusant le signal RF, en lui envoyant un simple code ou un ensemble de données qui sont stockées dans la petite puce intégrée de l'étiquette. Les balises assistées par batterie comprennent une petite batterie qui alimente cette puce. Les étiquettes RFID passives sont conçues pour récupérer l'énergie du lecteur lui-même, qui émet naturellement juste assez d'ondes radio dans les limites de la FCC pour alimenter la puce mémoire de l'étiquette et recevoir un signal réfléchi.

Récemment, les chercheurs ont expérimenté des moyens de transformer des étiquettes RFID passives en capteurs pouvant fonctionner sur de longues périodes sans avoir besoin de piles ou de remplacements. Ces efforts se sont généralement concentrés sur la manipulation de l'antenne d'une balise, l'ingénierie de telle sorte que ses propriétés électriques changent en réponse à certains stimuli dans l'environnement. Par conséquent, une antenne doit refléter les ondes radio vers un lecteur à une fréquence ou une force de signal caractéristiquement différente, indiquant qu'un certain stimuli a été détecté.

Par exemple, Le groupe de Sarma a déjà conçu une antenne d'étiquette RFID qui modifie la façon dont elle transmet les ondes radio en réponse à la teneur en humidité du sol. L'équipe a également fabriqué une antenne pour détecter les signes d'anémie dans le sang circulant à travers une étiquette RFID.

Mais Kantareddy dit qu'il y a des inconvénients à de telles conceptions centrées sur l'antenne, le principal étant "l'interférence par trajets multiples, " un effet confusionnel dans lequel les ondes radio, même à partir d'une source unique telle qu'un lecteur RFID ou une antenne, peut se refléter sur plusieurs surfaces.

« En fonction de l'environnement, les ondes radio se reflètent sur les murs et les objets avant de se refléter sur l'étiquette, qui gêne et crée du bruit, ", dit Kantareddy. "Avec des capteurs basés sur des antennes, il y a plus de chance que vous obteniez des faux positifs ou négatifs, ce qui signifie qu'un capteur vous dira qu'il a détecté quelque chose même si ce n'est pas le cas, car il est affecté par les interférences des champs radio. Cela rend donc la détection par antenne un peu moins fiable."

Déchiqueter

Le groupe de Sarma a adopté une nouvelle approche :au lieu de manipuler l'antenne d'une balise, ils ont essayé de personnaliser sa puce mémoire. Ils ont acheté des puces intégrées prêtes à l'emploi conçues pour basculer entre deux modes d'alimentation différents :un mode basé sur l'énergie RF, similaire aux RFID entièrement passifs ; et un mode local à assistance énergétique, comme à partir d'une batterie ou d'un condensateur externe, similaire aux étiquettes RFID semi-passives.

L'équipe a transformé chaque puce en une étiquette RFID avec une antenne radiofréquence standard. Dans une étape clé, les chercheurs ont construit un circuit simple autour de la puce mémoire, permettant à la puce de passer en mode local d'assistance énergétique uniquement lorsqu'elle détecte un certain stimuli. Dans ce mode assisté (appelé commercialement mode passif assisté par batterie, ou BAP), la puce émet un nouveau code de protocole, distinct du code normal qu'il transmet lorsqu'il est en mode passif. Un lecteur peut alors interpréter ce nouveau code comme un signal qu'un stimuli d'intérêt a été détecté.

Kantareddy affirme que cette conception à base de puces peut créer des capteurs RFID plus fiables que les conceptions à base d'antennes, car elle sépare essentiellement les capacités de détection et de communication d'une étiquette. Dans les capteurs à antenne, la puce qui stocke les données et l'antenne qui transmet les données dépendent des ondes radio réfléchies dans l'environnement. Avec ce nouveau design, une puce n'a pas besoin de dépendre de la confusion des ondes radio pour détecter quelque chose.

"Nous espérons que la fiabilité des données augmentera, " Dit Kantareddy. " Il y a un nouveau code de protocole avec l'augmentation de la force du signal chaque fois que vous détectez, et il y a moins de chance pour vous de confondre lorsqu'une étiquette détecte ou non."

"Cette approche est intéressante car elle résout également le problème de la surcharge d'informations qui peut être associée à un grand nombre de tags dans l'environnement, " dit Bhattacharyya. " Au lieu de devoir constamment analyser des flux d'informations provenant de balises passives à courte portée, un lecteur RFID peut être placé suffisamment loin pour que seuls les événements importants soient communiqués et doivent être traités."

Capteurs "plug-and-play"

A titre de démonstration, les chercheurs ont développé un capteur de glucose RFID. Ils ont mis en place des électrodes de détection de glucose disponibles dans le commerce, rempli d'électrolyte glucose oxydase. Lorsque l'électrolyte interagit avec le glucose, l'électrode produit une charge électrique, agissant comme une source d'énergie locale, ou batterie.

Les chercheurs ont attaché ces électrodes à la puce mémoire et au circuit d'une étiquette RFID. Quand ils ont ajouté du glucose à chaque électrode, la charge résultante a fait passer la puce de son mode d'alimentation RF passif, au mode d'alimentation assistée par charge locale. Plus ils ajoutaient de glucose, plus la puce restait longtemps dans ce mode d'alimentation secondaire.

Kantareddy dit qu'un lecteur, sentir ce nouveau mode de puissance, 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. Le but, 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, donc, 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."

Aller de l'avant, 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."

Cette histoire est republiée avec l'aimable autorisation de MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), un site populaire qui couvre l'actualité de la recherche du MIT, innovation et enseignement.