Nálepky na meranie sily RFID nanovo definujú presné meranie

Akékoľvek dva objekty, ktoré sú v kontakte, budú na seba vyvíjať určitú silu, ktorá môže byť spôsobená gravitáciou alebo mechanickým kontaktom, ako je hmotnosť objektu na plošine alebo kontakt dvoch kostí v ľudskom kolennom kĺbe. Aby bolo možné túto silu zmerať efektívnejšie a pohodlnejšie, výskumný tím na Kalifornskej univerzite v San Diegu vyvinul ultratenkú "nálepku" na meranie sily RFID. pomôcť pri meraní týchto javov.

ForceSticker bol vyvinutý z integrácie dvoch hlavných komponentov: malého kondenzátora s hrúbkou len niekoľkých milimetrov a veľkosti zrnka ryže a komerčného 900 MHz ultra-vysokofrekvenčného RFID štítku. Výskumníci integrovali tieto dva komponenty, aby mohli merať aplikovanú silu a bezdrôtovo prenášať informácie do štandardnej čítačky RFID.

Tenká vrstva pružného polyméru sa umiestni medzi dva vodivé medené pásiky kondenzátora, aby sa vytvoril kondenzátor. Keď vonkajšia sila pôsobí na polymér, stlačí sa, čo spôsobí, že sa medené pásiky priblížia k sebe, čím sa zvýši náboj v kondenzátore.

Dizajn tejto nálepky na meranie sily bol inšpirovaný pozorným pozorovaním zmien v kapacite. Keď je aplikovaná vonkajšia sila, polymér sa stlačí a pritiahne medené pásiky bližšie k sebe, čím sa zvýši kapacita. S týmto dizajnom môžu výskumníci vyhodnotiť prepínacie schopnosti senzora na základe návrhu optimalizovaného kapacitného rozsahu odvodeného z matematického RF modelovania a vykonávať multifyzikálne simulácie v COMSOL.

Pri skutočnej aplikácii ForceSticker výskumníci použili dve rôzne implementácie snímača 4 × 2 mm s rôznymi vrstvami polyméru Ecoflex (biodegradovateľný polymér na báze kremíka katalyzovaný platinou) a neoprén pokrývajúci rozsahy 0 až 6 N a 0 až 40 N, chyby čítania sú 0,25 N a 1,6 N. Okrem toho testovali ForceSticker viac ako 10 000-krát a nezistili žiadne významné zníženie chýb.

Tento pasívny RFID štítok využíva spätný rozptyl na prenos energie a dát. Prijíma prichádzajúci rádiový signál z čítačky RFID, upravuje signál prostredníctvom elektrických zmien indukovaných kondenzátorom a potom odráža upravený signál späť do čítačky RFID, ktorá ho interpretuje a prevádza na silu. Táto metóda priamo vkladá analógovú RF fázovú transformáciu generovanú snímačom do bezdrôtovej kanálovej cesty elektronického štítku RFID, čím sa vytvorí analógovo-digitálne spätné rozptylové spojenie.

V procese dosiahnutia integrácie snímača je kľúčovou výzvou návrh rozhrania snímača. Aby sa umožnila integrácia senzora bez straty vernosti signálu, výskumníci použili prístup s koplanárnym vlnovodom s prispôsobenou impedanciou. Okrem toho, aby sa dosiahlo toto ladenie citlivosti, kondenzátor musí mať správne navrhnutú "nominálnu hodnotu" . pri nulovej sile. Toto je určené rôznymi nelineárnymi rovnicami, ktoré modelujú túto situáciu, pričom zohľadňujú impedanciu a koeficient odrazu prenosového vedenia.

Pri simulácii rozhrania medzi kapacitnými senzormi a digitálnou identifikáciou RFID to výskumníci urobili vložením senzora medzi anténu a štítok RFID paralelne s týmito dvoma. Výskumníci však poznamenávajú, že existujú dva takzvané "degenerované" riešenia (čo znamená, že aspoň jedna fundamentálna premenná je nula). Jedno z riešení predpokladá, že všetky fázové zmeny sa odrážajú priamo od snímača a do modulu RFID sa nedostane žiadny signál. Iné riešenie predpokladá, že režim kapacitného spínania snímača skutočne funguje. Obe riešenia poskytujú návod na ďalšiu optimalizáciu technológie.

Celkovo tento tím z Kalifornskej univerzity v San Diegu (UCSD) ukázal, čo je možné v technických prelomoch, a to vyvinutím ForceSticker, inovatívnej nálepky na meranie sily. Integráciou mikrokondenzátorov a komerčných RFID tagov vytvorili zariadenie, ktoré meria aplikovanú silu a prenáša informácie bezdrôtovo.

"Ľudia sa rodia s prirodzenou schopnosťou cítiť silu," Dinesh Bharadia, profesor na UC San Diego's School of Engineering, uviedol vo vyhlásení školy. "To nám dáva možnosť bezproblémovej interakcie s okolím a umožňuje lekárom vykonávať jemné chirurgické zákroky. .Prinesenie tejto schopnosti snímania síl do elektronických zariadení a lekárskych implantátov by mohlo spôsobiť revolúciu v mnohých priemyselných odvetviach."

A táto technológia má nielen potenciál pre medicínske a priemyselné aplikácie, ale možno ju použiť aj na meranie hmotnosti dna skladových obalov. Prostredníctvom pokračujúceho výskumu a inováciíMáme dôvod domnievať sa, že v budúcnosti dôjde k ďalším objavom, ktoré nám pomôžu zlepšiť naše životy a prácu.