Бесчиповые RFID- метки — это RFID- метки, которым не требуется микрочип в транспондере.
RFID предлагают большую дальность и возможность автоматизации, в отличие от штрихкодов, для считывания которых требуется человек-оператор. Основной проблемой их внедрения является стоимость RFID. Разработка и изготовление ASIC, необходимых для RFID, являются основными компонентами их стоимости, поэтому полное удаление IC может значительно снизить ее стоимость. Основными проблемами при разработке бесчиповых RFID являются кодирование и передача данных. [1]
Чтобы понять развитие бесчиповых RFID- меток, важно рассмотреть их в сравнении с классическими RFID и штрихкодами . RFID выигрывает от очень широкого спектра функций, связанных с использованием радиочастотных (РЧ) волн для обмена данными. Получение идентификатора (ID) становится намного проще, и возможны объемные показания, все на метках, содержащих изменяемую информацию. Эти функции невозможно реализовать с помощью штрихкода, но в действительности 70% товаров, производимых во всем мире, оснащены им. Причины этого энтузиазма просты: штрихкод функционирует очень хорошо и чрезвычайно дешев, как этикетка, так и считыватель. Вот почему штрихкоды остаются неоспоримым эталоном с точки зрения идентификации, с соотношением стоимости и простоты использования, которое остается непревзойденным.
Также верно, что RFID вносит другие важные функции, и поэтому вопрос заключается в том, чтобы представить технологию, основанную на радиочастотных волнах, как вектор коммуникации, который сохранил бы некоторые преимущества штрихкодов. С прагматической точки зрения, вопрос стоимости системы, и в частности меток, которые должны быть произведены в больших количествах, остается центральным пунктом. Из-за наличия электронных схем эти метки имеют немалую стоимость, которая намного выше, чем у штрихкодов. Поэтому логично, что простое решение состоит в производстве бесчиповых радиочастотных меток. Высокая стоимость RFID-меток на самом деле является одной из основных причин того, что чипованные RFID редко встречаются на рынке меток для широко распространенных продуктов, на рынке, который насчитывает десятки тысяч миллиардов проданных единиц в год. На этом рынке оптические штрихкоды используются очень широко.
Однако, технически говоря, чипированная RFID предлагает значительные преимущества, включая увеличенное расстояние считывания и возможность обнаружения цели вне поля зрения, независимо от ее положения. Концепция бесчиповой RF-метки была разработана с целью конкуренции со штрихкодами в определенных областях применения. RFID имеет много аргументов в свою пользу с точки зрения функциональности, единственной остающейся проблемой является цена. Штрихкод не предлагает никаких других функций, кроме восстановления идентификатора; однако эта технология проверена временем, широко распространена и чрезвычайно дешева.
Бесчиповая RFID также имеет хорошие аргументы с точки зрения функциональности. Некоторые функциональные возможности являются ухудшенными версиями того, что может делать RFID (диапазон считывания / гибкость считывания уменьшены ...), другие кажутся даже более важными в бесчиповой (дискреционность, целостность продукта метки). Главным преимуществом является стоимость бесчиповых меток. По сравнению со штрихкодами бесчиповая технология должна привнести другие функции, которые невозможно реализовать с помощью оптического подхода, оставаясь при этом очень недорогим подходом, то есть потенциально пригодным для печати. Вот почему возможности записи / перезаписи и датчиков являются критически важными функциями для крупномасштабной разработки такой технологии. Например, разработка очень недорогих датчиков - меток сейчас с нетерпением ожидается по причинам применения. [2]
Как и различные существующие технологии RFID , бесчиповые RFID-метки связаны с определенным RF-считывателем, который опрашивает метку и восстанавливает содержащуюся в ней информацию. Принцип работы считывателя основан на излучении определенного электромагнитного (ЭМ) сигнала в направлении метки и захвате сигнала, отраженного меткой. Обработка полученного сигнала — в частности, через стадию декодирования — позволяет восстановить информацию, содержащуюся в метке. [3]
Однако метки RFID без чипа принципиально отличаются от меток RFID. В последнем случае считыватель [4] посылает определенный кадр к метке в соответствии с классической схемой двоичной модуляции. Метка демодулирует этот сигнал, обрабатывает запрос, возможно, записывает данные в свою память и отправляет обратно ответ, модулируя свою нагрузку. [5] Метки RFID без чипа, с другой стороны, функционируют без протокола связи. Они используют сетку дипольных антенн, настроенных на разные частоты. Интерпретатор генерирует сигнал частотной развертки и сканирует провалы сигнала. Каждая дипольная антенна может кодировать один бит. Частота развертки будет определяться длиной антенны. Их можно рассматривать как радиолокационные цели, обладающие определенной, стационарной временной или частотной сигнатурой. С помощью этой технологии дистанционное считывание идентификатора состоит из анализа радиолокационной сигнатуры метки.
В настоящее время одной из основных проблем технологии без чипа является надежность обнаружения метки в различных средах. Бесполезно пытаться увеличить количество информации, которую может иметь метка без чипа, если идентификатор метки не может быть правильно считан в реальных средах и без сложных методов калибровки. Обнаружение метки без чипа в шумной среде намного сложнее в технологии без чипа, чем в UHF RFID из-за отсутствия модуляции во времени, то есть отсутствия двух различных состояний в сигнале обратного рассеяния.
В 2001 году исследовательский центр Roke Manor Research объявил о материалах, которые испускают характеристическое излучение при перемещении. Они могут быть использованы для хранения нескольких битов данных, закодированных в присутствии или отсутствии определенных химикатов. [6]
Somark использовал диэлектрический штрихкод, который можно считывать с помощью микроволн . Диэлектрический материал отражает, передает и рассеивает падающее излучение; различное положение и ориентация этих полосок по-разному влияет на падающее излучение и, таким образом, кодирует пространственное расположение в отраженной волне. Диэлектрический материал может быть диспергирован в жидкости для создания диэлектрических чернил. [7] Они в основном использовались в качестве бирок для крупного рогатого скота, которые «рисовались» с помощью специальной иглы. Чернила могут быть видимыми или невидимыми в зависимости от природы диэлектрика. Рабочая частота бирок может быть изменена с помощью различных диэлектриков. [8]
Эта система использует переменный магнетизм. Материалы резонируют на разных частотах при возбуждении излучением. Считыватель анализирует спектр отраженного сигнала, чтобы идентифицировать материалы. Было обнаружено 70 различных материалов. Наличие или отсутствие каждого материала может быть использовано для кодирования бита, что позволяет кодировать до 270 уникальных двоичных строк. Они работают на частотах от трех до десяти гигагерц. [9]
В 2004 году Tapemark анонсировала бесчиповую RFID-систему, которая будет иметь только пассивную антенну диаметром всего 5 мкм . Антенна состоит из небольших волокон, называемых нанорезонансными структурами. Пространственная разница в структуре кодирует данные. Интерферер посылает когерентный импульс и считывает интерференционную картину, которую он декодирует для идентификации метки. Они работают в диапазоне 24 ГГц–60 ГГц. [10] Позже Tapemark прекратила эту технологию.
Устройства Sagentia являются акустомагнитными. Они используют резонансные особенности магнитно-мягких магнитострикционных материалов и способность сохранения данных магнитно-твердых материалов. Данные записываются на карту с использованием контактного метода. Резонанс магнитострикционного материала изменяется данными, хранящимися в твердом материале. Гармоники могут быть включены или выключены в соответствии с состоянием твердого материала, таким образом кодируя состояние устройства как спектральную сигнатуру. Теги, созданные Sagentia для AstraZeneca, попадают в эту категорию. [11] [12] [13]
Технология Flying Null использует ряд пассивных магнитных структур, очень похожих на линии, используемые в обычных штрихкодах. Эти структуры сделаны из мягкого магнитного материала. Интеррогатор содержит два постоянных магнита с одноименными полюсами. Результирующее магнитное поле имеет нулевой объем в центре. Кроме того, используется интеррогирующее излучение. Магнитное поле, создаваемое интеррогатором, таково, что оно доводит мягкий материал до насыщения, за исключением случаев, когда он находится в нулевом объеме. Находясь в нулевом объеме, мягкий магнит взаимодействует с интеррогирующим излучением, тем самым выдавая положение мягкого материала. Может быть достигнуто пространственное разрешение более 50 мкм. [14] [15]
Устройства на поверхностных акустических волнах состоят из пьезоэлектрического кристаллоподобного ниобата лития , на котором преобразователи изготавливаются с помощью однослойной фотолитографической технологии. Преобразователи обычно представляют собой встречно-цифровые преобразователи (IDT), которые имеют двухзубчатую гребенчатую структуру. Антенна прикреплена к IDT для приема и передачи. Преобразователи преобразуют падающую радиоволну в поверхностные акустические волны, которые распространяются по поверхности кристалла, пока не достигнут кодирующих отражателей, которые отражают часть волн и передают остальные. IDT собирает отраженные волны и передает их считывателю. Первый и последний отражатели используются для калибровки, поскольку на отклик могут влиять физические параметры, такие как температура. Пара отражателей также может использоваться для исправления ошибок. Отражения увеличиваются в размере от ближайшего к самому дальнему от IDT, чтобы учесть потери из-за предыдущих отражателей и затухания волн. Данные кодируются с помощью импульсно-позиционной модуляции (PPM). Кристалл логически разделен на группы, так что каждая группа обычно имеет длину, равную обратной величине полосы пропускания. Каждая группа разделена на слоты одинаковой ширины. Рефлектор может быть помещен в любой слот. Последний слот в каждой группе обычно не используется, оставляя n-1 позиций для рефлектора, таким образом кодируя n-1 состояний. Частота повторения PPM равна полосе пропускания системы. Положение слота рефлектора может использоваться для кодирования фазы. Температурная зависимость устройств означает, что они также могут действовать как датчики температуры. [16]
Они используют сетку дипольных антенн, настроенных на разные частоты. Интерпретатор генерирует сигнал частотной развертки и сканирует провалы сигнала. Каждая дипольная антенна может кодировать один бит. Частота развертки будет определяться длиной антенны. [17]
За последние несколько лет было сделано много усовершенствований в системах связи, основанных на электронных устройствах, где интегральная схема является сердцем всей системы. Однако демократизация этих чиповых систем, таких как RFID, привела к возникновению экологических проблем.
В последнее время новые исследовательские проекты, такие как финансируемый Европейским исследовательским советом (ERC) проект ScattererID, [18] представили парадигму системы радиочастотной связи на основе бесчиповых этикеток, в которую можно добавлять новые полезные функции. При сопоставимых затратах со штрихкодом эти этикетки должны выделяться, предоставляя больше функций, чем оптический подход. Цель проекта ScattererID — показать, что можно связать бесчиповый идентификатор этикетки с другими функциями, такими как возможность записывать и перезаписывать информацию, связывать идентификатор с функцией датчика и связывать идентификатор с распознаванием жестов.
Возможность проектирования реконфигурируемых и недорогих меток предполагает разработку оригинальных подходов, находящихся на переднем крае прогресса, таких как использование CBRAM из микроэлектроники, позволяющих реализовать реконфигурируемые элементы на основе нанопереключателей.
