Nálepky pro měření síly RFID předefinují přesné měření

Jakékoli dva předměty, které jsou v kontaktu, na sebe budou vyvíjet určitou sílu, která může být způsobena gravitací nebo mechanickým kontaktem, jako je váha předmětu na plošině nebo kontakt dvou kostí v lidském kolenním kloubu. Za účelem efektivnějšího a pohodlnějšího měření této síly vyvinul výzkumný tým z Kalifornské univerzity v San Diegu ultratenkou "nálepku" pro měření síly RFID. pomoci při měření těchto jevů.

ForceSticker byl vyvinut integrací dvou hlavních komponent: malého kondenzátoru o tloušťce jen několik milimetrů a velikosti zrnka rýže a komerčního 900MHz ultra-vysokofrekvenčního RFID tagu. Vědci integrovali tyto dvě komponenty, aby mohly měřit aplikovanou sílu a bezdrátově přenášet informace do standardní čtečky RFID.

Tenká vrstva pružného polymeru je umístěna mezi dva vodivé měděné pásy kondenzátoru, aby se vytvořil kondenzátor. Když vnější síla působí na polymer, stlačí se, což způsobí, že se měděné pásy přiblíží k sobě, čímž se zvýší náboj uvnitř kondenzátoru.

Design této samolepky na měření síly byl inspirován horlivým pozorováním změn kapacity. Když je aplikována vnější síla, polymer se stlačí a přitáhne měděné pásy blíže k sobě, čímž se zvýší kapacita. S tímto návrhem mohou výzkumníci vyhodnotit spínací schopnosti senzoru na základě návrhu optimalizovaného kapacitního rozsahu odvozeného z matematického RF modelování a provádět multifyzikální simulace v COMSOL.

Ve skutečné aplikaci ForceSticker použili vědci dvě různé implementace senzoru 4 × 2 mm s různými vrstvami polymeru Ecoflex (biodegradabilní polymer na bázi křemíku katalyzovaný platinou) a neopren pokrývající rozsahy 0 až 6 N a 0 až 40 N, chyby čtení jsou 0,25 N a 1,6 N. Kromě toho provedli zátěžové testy ForceSticker více než 10 000krát a nenašli žádné významné snížení chyb.

Tento pasivní RFID tag využívá zpětný rozptyl pro přenos energie a dat. Přijímá příchozí rádiový signál ze čtečky RFID, upravuje signál prostřednictvím elektrických změn indukovaných kondenzátorem a poté odráží upravený signál zpět do čtečky RFID, která jej interpretuje a převádí na sílu. Tato metoda přímo vkládá analogovou RF fázovou transformaci generovanou senzorem do cesty bezdrátového kanálu elektronického štítku RFID, čímž se vytváří analogově-digitální zpětný rozptyl.

V procesu dosažení integrace senzoru je klíčovou výzvou návrh rozhraní senzoru. Aby byla umožněna integrace senzoru bez ztráty věrnosti signálu, použili vědci přístup s koplanárním vlnovodem s přizpůsobenou impedancí. Dále, aby se dosáhlo tohoto ladění citlivosti, kondenzátor musí mít správně navrženou "nominální hodnotu". při nulové síle. To je určeno různými nelineárními rovnicemi, které modelují tuto situaci, s přihlédnutím k impedanci a koeficientu odrazu přenosového vedení.

Při simulaci rozhraní mezi kapacitními senzory a digitální identifikací RFID to vědci provedli vložením senzoru mezi anténu a RFID štítek paralelně s oběma. Vědci však poznamenávají, že existují dva takzvané "degenerované"; řešení (to znamená, že alespoň jedna základní proměnná je nula). Jedno z řešení předpokládá, že všechny fázové změny se odrážejí přímo od snímače a do modulu RFID nedorazí žádný signál. Jiné řešení předpokládá, že režim kapacitního přepínání snímače skutečně funguje. Obě řešení poskytují vodítko pro další optimalizaci technologie.

Celkově tento tým z Kalifornské univerzity v San Diegu (UCSD) prokázal, co je možné v technických průlomech, a to vývojem ForceSticker, inovativní nálepky pro měření síly. Integrací mikrokondenzátorů a komerčních RFID tagů vytvořili zařízení, které měří aplikovanou sílu a přenáší informace bezdrátově.

"Lidé se rodí s vrozenou schopností cítit sílu," Dinesh Bharadia, profesor na UC San Diego's School of Engineering, uvedl v prohlášení školy. "To nám dává možnost bezproblémové interakce s okolím a umožňuje lékařům provádět jemné chirurgické zákroky. .Zavedení této schopnosti snímat síly do elektronických zařízení a lékařských implantátů by mohlo způsobit revoluci v mnoha průmyslových odvětvích."

A tato technologie má nejen potenciál pro lékařské a průmyslové aplikace, ale lze ji využít i pro měření hmotnosti dna skladových obalů. Díky neustálému výzkumu a inovaciMáme důvod se domnívat, že podobných objevů ke zlepšení našich životů a práce bude v budoucnu přibývat.