MIT學(xué)者采用獨(dú)特設(shè)計(jì)，將RFID改造成自供能傳感器

近年來，越來越多的零售商和制造商選擇利用RFID（射頻識別芯片）來追蹤它們的產(chǎn)品。通常這些RFID都是基于一張紙質(zhì)標(biāo)簽外加一個(gè)簡單的天線和存儲芯片。當(dāng)這些RFID標(biāo)簽貼在牛奶盒或夾克上時(shí)，它們可作為智能標(biāo)記，向射頻讀取器發(fā)送相關(guān)產(chǎn)品的身份、狀態(tài)或位置等信息。

除了可在整個(gè)供應(yīng)鏈上標(biāo)記產(chǎn)品外，RFID標(biāo)簽還廣泛用于追蹤從賭場芯片和牧場牛，到游樂園游客以及馬拉松選手的各個(gè)場景。

MIT（美國麻省理工學(xué)院）的Auto-ID實(shí)驗(yàn)室一直處于RFID技術(shù)開發(fā)的前沿。據(jù)麥姆斯咨詢報(bào)道，現(xiàn)在，該實(shí)驗(yàn)室的研究人員正在嘗試為RFID技術(shù)開拓新的功能：感知。他們開發(fā)了一種新的超高頻（UHF）RFID標(biāo)簽傳感器，能夠感知峰值葡萄糖并進(jìn)行信號的無線傳輸。未來，該團(tuán)隊(duì)計(jì)劃完善這款RFID傳感器，監(jiān)測環(huán)境中的化合物和氣體（例如一氧化氮CO）。

“人們希望從現(xiàn)有RFID基礎(chǔ)設(shè)施中挖掘更多價(jià)值，拓展更多的應(yīng)用，例如傳感，” MIT 機(jī)械工程學(xué)院研究生Sai Nithin Reddy Kantareddy說，“我們可以打造成千上萬的這類很便宜的RFID標(biāo)簽傳感器，把它們貼在建筑墻壁或各種物體上，無需額外的電池就能探測環(huán)境中各種常見氣體，例如一氧化碳或氨氣等。并以很低的成本打造一個(gè)巨大的傳感網(wǎng)絡(luò)?！?/p>

Kantareddy的研究團(tuán)隊(duì)成員包括科學(xué)家Rahul Bhattacharya，以及MIT機(jī)械工程部Fred Fort Flowers和Daniel Fort Flowers教授兼開放學(xué)習(xí)副主席Sanjay Sarma。

“RFID是目前最便宜、功耗最低的RF通信協(xié)議，” Sarma稱，“當(dāng)通用的RFID芯片能夠通過對標(biāo)簽進(jìn)行改進(jìn)來感知真實(shí)世界，那么真正意義上的傳感無處不在將成為現(xiàn)實(shí)?！?/p>

混雜波

目前，RFID標(biāo)簽有多種配置可供選擇，包括電池供電型和無源型。兩種類型的RFID標(biāo)簽都包含一個(gè)小型的天線，通過反向散射RF信號和遠(yuǎn)處的讀取器通信，向后者發(fā)送存儲在標(biāo)簽中小型集成芯片上的數(shù)據(jù)或簡單代碼。電池供電型標(biāo)簽包含一塊為芯片供電的小型電池。而無源RFID標(biāo)簽則從讀取器本身收集能量，讀取器在FCC限定內(nèi)發(fā)射能量恰到好處的無線電波，為RFID標(biāo)簽中的存儲芯片以及反射信號接收提供能量。

近年來，研究人員已經(jīng)開始試驗(yàn)各種方法將無源RFID標(biāo)簽轉(zhuǎn)變成無需電池或無需更換的能夠長期運(yùn)行的傳感器。這些努力通常主要針對標(biāo)簽天線進(jìn)行設(shè)計(jì)改造，使其電學(xué)性能響應(yīng)某些環(huán)境刺激而變化。因而，當(dāng)探測到某種刺激時(shí)，天線會以不同的特征頻率或信號強(qiáng)度將無線電波反射回讀取器。

例如，Sarma的團(tuán)隊(duì)之前設(shè)計(jì)了一款RFID標(biāo)簽天線，能夠響應(yīng)泥土中的濕度，改變無線電波的發(fā)射。該團(tuán)隊(duì)還制造了一款天線，能夠感知流經(jīng)RFID標(biāo)簽血液的貧血狀況。

但是，Kantareddy稱這類以天線為中心的設(shè)計(jì)有很多缺陷，其中主要的是“多路干擾”——即使是來自單一源（例如一個(gè)RFID讀取器或天線）的無線電波也會在多個(gè)表面上反射，從而帶來混雜影響。

“根據(jù)環(huán)境狀況，無線電波會在反射回標(biāo)簽前在墻壁和物體上多次反射，這會干擾并形成噪音，”Kantareddy 說，“采用基于天線的傳感器，有更高的幾率會得到錯(cuò)誤的確定或否定信號，這意味著有可能傳感器的響應(yīng)并不準(zhǔn)確，因?yàn)樗鼤艿綗o線電場的干擾。因此基于天線的傳感缺乏足夠的可靠性?！?/p>