치플리스 RFID

Chipless RFID

Chiless RFID 태그는 트랜스폰더에 마이크로칩이 필요 없는 RFID 태그다.

RFID는 심문을 위해 인간 운영자가 필요한 바코드와 달리 더 긴 범위와 자동화할 수 있는 능력을 제공한다. 그들의 채택에 대한 가장 큰 도전은 RFID의 비용이다. RFID에 필요한 ASIC의 설계와 제작은 그 비용의 주요 구성요소로서, IC를 완전히 제거하는 것은 그것의 비용을 현저하게 줄일 수 있다. 무표정한 RFID를 설계할 때 가장 큰 어려움은 데이터 인코딩과 전송이다.[1]

투명 RFID 태그 개발

잉크젯 인쇄 전도성 잉크로 인쇄된 무표정한 태그.

투명 RFID 태그의 개발을 이해하려면, 기존의 RFID와 바코드에 비해 그것을 보는 것이 중요하다. RFID는 데이터 교환을 위한 무선 주파수(RF) 파장의 사용과 관련된 매우 광범위한 기능적 스펙트럼에서 이익을 얻는다. 식별자(ID)의 획득은 훨씬 쉬워지고 부피 측정 판독이 가능하며, 모두 수정 가능한 정보를 포함하는 태그에서 가능하다. 이런 기능은 바코드로 구현이 불가능하지만 실제로는 전 세계 제조 품목의 70%가 이를 탑재하고 있다. 이 열정의 이유는 간단하다. 바코드는 매우 잘 기능하고 매우 싸기 때문이다. 라벨은 물론 독자들도 그렇다. 이것이 바코드가 비용 대 단순성 사용률과 비교할 수 없는 수준으로 식별 측면에서 논란의 여지가 없는 벤치마크로 남아 있는 이유다.

RFID가 다른 중요한 기능성에 기여하는 것도 사실이며, 따라서 문제는 바코드의 장점을 어느 정도 간직할 통신 벡터로서 RF파에 기초한 기술을 상상하는 것 중의 하나이다. 실용적으로 말하면, 시스템 비용, 특히 대량으로 생산해야 하는 태그의 문제는 여전히 중심점으로 남아 있다. 전자 회로가 존재하기 때문에, 이 태그들은 바코드의 그것보다 매우 높은, 불가결한 비용을 가지고 있다. 따라서 단순한 솔루션이 무표정한 RF 태그를 생성하는 것으로 구성되는 것은 논리적이다. RFID 태그의 높은 가격은 사실 RFID가 널리 유통되는 제품의 태그 시장에서 드물게 발생하는 주된 이유 중 하나인데, 이 시장은 매년 수십억 개가 팔리는 시장이다. 이 시장에서는 광학 바코드가 매우 널리 사용되고 있다.

그러나, 기술적으로 말하면, 잘린 RFID는 그것의 위치가 무엇이든 간에, 판독 거리 증가와 시력 영역 밖의 대상을 탐지하는 능력을 포함한 중요한 이점을 제공한다. 무표정한 RF 라벨의 개념은 특정 응용 분야에서 바코드와 경쟁한다는 생각으로 개발되었다. RFID는 기능성에 있어서 그것의 많은 유리한 주장을 가지고 있는데, 유일한 문제는 가격이다. 바코드는 ID 복구 외에 다른 기능은 제공하지 않지만, 이 기술은 시간이 오래 걸리고 널리 보급되며 비용이 매우 저렴하다.

Chiless RFID는 기능성 측면에서도 좋은 주장을 가지고 있다. 어떤 기능성은 RFID가 할 수 있는 것들의 저하된 버전이다(읽기 범위/읽기 유연성이 감소된다...), 다른 기능들은 무표정한 (배출, 태그의 제품 무결성)에 훨씬 더 관련이 있는 것처럼 보인다. 가장 큰 장점은 무표정한 태그의 비용이다. 바코드와 비교했을 때, 무표정한 기술은 광학 접근방식으로 구현하기 불가능한 다른 특징들을 가져와야 하며, 동시에 매우 낮은 비용 접근방식, 즉 잠재적으로 인쇄할 수 있는 접근방식으로 남아 있어야 한다. 이러한 기술의 대규모 개발에 쓰기/재쓰기 및 센서 기능이 중요한 이유가 여기에 있다. 예를 들어, 매우 저렴한 센서 - 태그의 개발은 응용 프로그램 때문에 현재 간절히 기다리고 있다.[2]

작동 원리

무표정한 RFID 작동 원리. A. Vena, E. Perret, S. 테드지니, 2013년.

기존의 다양한 RFID 기술과 마찬가지로, 투명 RFID 태그는 특정 RF 리더와 연관되어 있는데, 이는 태그에 의문을 제기하고 태그에 포함된 정보를 복구한다. 판독기의 작동 원리는 태그 쪽으로 특정 전자기파(EM) 신호의 방출과 태그에 반사된 신호의 포획에 기초한다. 디코딩 단계를 통해 수신된 신호를 처리하면 태그에 포함된 정보를 복구할 수 있다.[3]

그러나, 투명 RFID 태그는 RFID 태그와는 근본적으로 다르다. 후자에서는 고전적인 이진 변조 스키마에 따라 독자가 태그[4] 쪽으로 특정 프레임을 보낸다. 태그는 이 신호를 강등시키고, 요청을 처리하며, 아마도 그것의 메모리에 데이터를 쓰고, 그것의 부하를 조절하는 응답을 다시 보낸다.[5] 반면, Chiless RFID 태그는 통신 프로토콜 없이 작동한다. 그들은 서로 다른 주파수에 맞춰 튜닝된 쌍극 안테나 그리드를 사용한다. 질문자는 주파수 스위프 신호를 생성하고 신호 디프를 스캔한다. 각 쌍극 안테나들은 하나의 비트를 인코딩할 수 있다. 스윕 주파수는 안테나 길이에 의해 결정된다. 그것들은 특정한 고정된 시간적 또는 빈번한 서명을 가진 레이더 표적으로 볼 수 있다. 이 기술로 식별자의 원격 판독은 태그의 레이더 시그니처를 분석하는 것으로 구성된다.

현재, 무표정한 기술의 주요 과제 중 하나는 다른 환경에서 태그 탐지의 견고성이다. 태그 ID를 실제 환경에서, 그리고 복잡한 보정 기법 없이 제대로 읽을 수 없는 경우, 무표정한 태그가 가질 수 있는 정보의 양을 늘리려고 하는 것은 소용이 없다. 시끄러운 환경에서 무표정한 태그의 검출은 UHF RFID에서보다 무표정한 상태에서 훨씬 더 어렵다. 이는 시간 내에 변조가 없기 때문이다. 즉, 백스캐터 신호에 두 개의 다른 상태가 없기 때문이다.

화학 기반

자가 생성 세라믹 혼합물

2001년 로크 매너 리서치 센터는 움직일 때 특성 있는 방사선을 방출하는 물질을 발표했다. 이것들은 특정 화학물질의 유무에 암호화되어 있는 몇 개의 데이터 비트의 저장에 악용될 수 있다.[6]

생체적합성잉크

Somark는 전자레인지로 읽을 수 있는 유전체 바코드를 사용했다. 유전체 물질은 입사 방사선을 반사, 전송 및 산란시킨다. 이러한 막대의 다른 위치와 방향이 입사 방사선에 다르게 영향을 미치고 따라서 반사 파동의 공간 배치를 인코딩한다. 유전체는 유체로 분산되어 유전 잉크를 생성할 수 있다.[7] 주로 소의 태그로 사용되었는데, 특수한 바늘을 이용해 '도색'했다. 잉크는 유전체의 특성에 따라 보이거나 보이지 않을 수 있으며, 태그의 작동 빈도는 다른 유전체를 사용하여 변경할 수 있다.[8]

크로스ID 나노미터 잉크

이 시스템은 다양한 자력을 사용한다. 물질은 방사선에 의해 흥분할 때 다른 주파수에서 공명한다. 독자는 반사신호의 스펙트럼을 분석해 소재를 파악한다. 70가지 다른 소재가 발견됐다. 각 재료의 존재 또는 부재는 비트를 인코딩하는 데 사용될 수 있으며, 최대 2개의70 고유한 이진 문자열을 인코딩할 수 있다. 그들은 3에서 10기가헤르츠 사이의 주파수로 작업한다.[9]

패시브 안테나

2004년, Tapemark는 지름이 5µm인 패시브 안테나만 탑재할 수 있는 무표정한 RFID를 발표했다. 이 안테나는 나노 리소넌트 구조라고 불리는 작은 섬유로 구성되어 있다. 구조물의 인코딩 데이터의 공간 차이. 질문자는 일관된 펄스를 내보내고 태그를 식별하기 위해 해독하는 간섭 패턴을 다시 읽는다. 그들은 24 GHz–60 GHz에서 일한다.[10] Tapemark는 나중에 이 기술을 중단했다.

자기 기반

프로그램 가능한 자기 공명

Sagentia의 장치는 음향 자기장이다. 그들은 자성 연성 자기 자극 물질의 공명 특성과 하드 자성 물질의 데이터 보존 능력을 이용한다. 데이터는 연락처 방법을 사용하여 카드에 기록된다. 자기 자극 물질의 공진은 단단한 물질에 저장된 데이터에 의해 변경된다. 고조파는 하드 물질의 상태에 따라 활성화되거나 비활성화될 수 있으므로 장치 상태를 스펙트럼 서명으로 인코딩할 수 있다. 새젠티아가 아스트라제네카를 위해 만든 태그는 이 범주에 속한다.[11][12][13]

자기 데이터 태그 지정

Flying Null 기술은 기존의 바코드에 사용되는 선과 매우 유사한 일련의 수동형 자기 구조를 사용한다. 이 구조물들은 부드러운 자성 물질로 만들어졌다. 심문기는 유사한 극을 가진 두 개의 영구 자석을 포함하고 있다. 결과 자기장은 중심에 null 부피가 있다. 또한 의문 방사선이 사용된다. 심문자가 만든 자기장은 부드러운 물질을 null 부피에 있는 경우를 제외하고 포화상태로 몰고 갈 정도의 자기장이다. null 볼륨에서 소프트 자석은 질문하는 방사선과 상호작용하여 소프트 물질의 위치를 제공한다. 50μm 이상의 공간 분해능을 얻을 수 있다.[14][15]

표면 음향파

Base 4에서 단순 SAW RFID 인코딩 013의 그림. 첫 번째 및 마지막 리플렉터가 보정에 사용된다. 두 번째와 두 번째의 오류 감지 마지막. 데이터는 나머지 세 그룹으로 암호화되어 있다. 각 그룹은 4개의 슬롯과 빈 슬롯에 이어 다른 그룹을 포함한다.

표면 음향파 소자는 압전 결정과 같은 리튬 니오베이트로 구성되며, 단일 금속층 포토리스토그래픽 기술로 변환기를 만든다. 변환기는 보통 두 개의 발가락이 달린 빗과 같은 구조를 가진 디지털 간 변환기(IDT)이다. 수신 및 전송을 위한 안테나가 IDT에 부착되어 있다. 변환기는 입사 전파를 수정 표면 위를 이동하는 표면 음향파로 변환하여 일부 파동을 반사하고 나머지를 전송하는 인코딩 리플렉터에 도달할 때까지 변환한다. IDT는 반사파를 모아 판독기로 전송한다. 첫 번째 및 마지막 반사경은 온도 등의 물리적 파라미터에 의해 반응이 영향을 받을 수 있으므로 보정에 사용된다. 오류 수정에 반사경 한 쌍을 사용할 수도 있다. 반사는 선행 반사기와 파형 감쇠로 인한 손실을 설명하기 위해 IDT의 가장 가까운 곳에서부터 크기가 증가한다. 데이터는 PPM(펄스 위치 변조)을 사용하여 인코딩된다. 결정체는 논리적으로 그룹으로 나뉘는데, 그래서 각 그룹은 일반적으로 대역폭의 역과 같은 길이를 가진다. 각 그룹은 같은 폭의 슬롯으로 나뉜다. 반사경은 어떤 슬롯에도 배치할 수 있다. 각 그룹의 마지막 슬롯은 대개 사용되지 않으므로 n-1 위치를 반사경에 남겨두므로 n-1 상태를 인코딩한다. PPM의 반복률은 시스템 대역폭과 동일하다. 반사기의 슬롯 위치는 위상을 인코딩하는 데 사용할 수 있다. 이 장치의 온도 의존성은 그것들이 온도 센서의 역할도 할 수 있다는 것을 의미한다.[16]

정전식 조정식 스플릿 마이크로스트립 공진기

그들은 서로 다른 주파수에 맞춰 튜닝된 쌍극 안테나 그리드를 사용한다. 질문자는 주파수 스위프 신호를 생성하고 신호 디프를 스캔한다. 각 쌍극 안테나들은 하나의 비트를 인코딩할 수 있다. 스윕 주파수는 안테나 길이에 의해 결정된다.[17]

새로운 트렌드

플렉서그래피 기법을 사용하여 인쇄된 종이 투명 태그.

통합 회로가 전체 시스템의 핵심인 전자 장치에 기초하여 지난 몇 년 동안 통신 시스템에 대해 많은 개선이 이루어졌다. 그러나 RFID와 같은 부서진 기반 시스템의 민주화는 환경 문제를 야기시켰다.

최근 유럽연구위원회(ERC)와 같은 새로운 연구 프로젝트들이 스캣터러 프로젝트에 자금을 지원했다.ID는 새로운 유용한 기능을 추가할 수 있는 무표정한 라벨을 기반으로 한 RF 통신 시스템의 패러다임을 도입했다.[18] 바코드와 유사한 비용으로, 이러한 라벨은 광학 접근법보다 더 많은 기능을 제공함으로써 두드러져야 한다. 스캣터러의 목적ID프로젝트는 무표정한 라벨 ID를 정보 작성 및 재작성 기능과 같은 다른 기능과 연계하고, ID를 센서 기능과 연계하며, ID를 제스처 인식과 연계하는 것이 가능하다는 것을 보여주는 것이다.

재구성 가능한 저비용 태그 설계의 가능성은 나노스위치를 기반으로 재구성 가능한 요소를 달성할 수 있도록 마이크로 전자공학에서 CBRAM을 사용하는 것과 같은 진행의 최전선에서 원래의 접근법을 개발하는 것이다.

참조

  1. ^ 무선 주파수 식별 및 센서: RFID에서 Chiless RFID, Etienne Perret, Wiley-ISTE, 2014년까지
  2. ^ La RFID 산스 푸스 - Théori, 착상, 메스, Arnaud Vena, Etienne Perret, Smail Tedjini, ISTE, 2016
  3. ^ Chiless RFID를 위한 RCS 합성 - 이론과 디자인, 올리비에 랑스, 에티엔 페레, 로맹 시라구사, 피에르 르메이트레-아우거, ISTE-엘세비에르 2017년 7월
  4. ^ Chiless RFID Reader Design for Ultra-Wideband Technology, Marco Garbati, Etienne Perret, Romain Siragusa, ISTE-Elsevier, Fev. 2018.
  5. ^ RF 인코딩 입자 기반 Chiless RFID - Realization, Coding and Reading System, Arnaud Vena, Etienne Perret, Smail Tedjini, ISTE-Elsevier, 2016년 8월.
  6. ^ "Chipless RFID" (PDF). IDtechEx. Retrieved 16 August 2013.[영구적 데드링크]
  7. ^ "MICROWAVE READABLE DIELECTRIC BARCODE". US patent office. Retrieved 17 August 2013.[영구적 데드링크]
  8. ^ "RFID Tattoos to Make a Mark on Cattle Tagging". RFID Journal. Retrieved 17 August 2013.
  9. ^ "Firewall Protection for Paper Documents". RFID Journal. Retrieved 17 August 2013.
  10. ^ "RFID Fibers for Secure Applications". RFID Journal. Retrieved 17 August 2013.
  11. ^ "Tag It" (PDF). Archived from the original (PDF) on 24 September 2015. Retrieved 16 August 2013.
  12. ^ "Acousto-magnetic System". How Stuff Works. April 2000. Retrieved 16 August 2013.
  13. ^ "AstraZeneca case study". Sagentia. Retrieved 16 August 2013.
  14. ^ Crossfield, M. (1 January 2001). "Have null, will fly". IEE Review. 47 (1): 31–34. doi:10.1049/ir:20010111.
  15. ^ "The Use of Flying Null Technology in the Tracking of Labware in Laboratory Automation". JALA. Retrieved 17 August 2013.
  16. ^ Plessky, VP; Reindl, LM (March 2010). "Review on SAW RFID tags". IEEE Transactions on Ultrasonics, Ferroelectrics, and Frequency Control. 57 (3): 654–68. doi:10.1109/tuffc.2010.1462. PMID 20211785. S2CID 1237156.
  17. ^ Jalaly, I.; Robertson, I.D. (2005). Capacitively-tuned split microstrip resonators for RFID barcodes. Microwave Conference, 2005 European. Vol. 2. pp. 4 pp.–1164. doi:10.1109/EUMC.2005.1610138. ISBN 978-2-9600551-2-2. S2CID 31536974.
  18. ^ 스캣터러ID 유한한 규모의 타겟으로부터의 광대역 산란 신호 분석 및 합성 – 측면에 독립적인 RF 아날로그 풋프린트, Etienne Perret, 2018.