MIT科研人员研发出的RFID标签使化学物质探测效率再上一个台阶_暗记_旗子

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麻省理工学院自动化标识实验室（Auto-ID Lab）长期以来一贯处于 RFID 技能的研发前沿。
近日，该实验室将传感器功能融入 RFID 标签，研发出一种事情在超高频（UHF）波段的 RFID 标签，能丈量葡萄糖浓度，并将信息转发出来。
在未来，该团队操持用该 RFID 标签来感知环境中的化学物质和气体，比如一氧化碳。

参与研究的麻省理工学院机器工程研究生 Sai Nithin Reddy Kantareddy 表示，长期以来，研究职员一贯试图拓展 RFID 的功能，将具有传感能力的 RFID 标签贴在各个地方，组成巨大的廉价探测网络，用来探测一氧化碳或者氨气，而无需电池供电。

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Kantareddy 与研究科学家 Rahul Bhattacharya，以及麻省理工学院开放学习副总裁兼 Daniel Fort Flowers 机器工程教授 Sanjay Sarma 共同开拓了这款新型 RFID 标签。

（图片来自网络侵删）

图丨Sanjay Sarma

Sarma 表示，RFID 标签是最廉价、最低功耗的射频通信工具。
因此，RFID 标签领悟传感功能，是物联网研究的一项里程碑。

以天线为中央的设计难逃多径滋扰

之前，RFID 标签有多种类型，包括自带电池的主动 RFID 和不带电池的被动 RFID。
两种标签都包含一个小天线，用户可以通过阅读器读取标签中微型芯片中的信息。
主动 RFID 标签无需外部供能，而被动 RFID 标签通过阅读器发射的微波获取能量。

比来，研究职员一贯试图在被动 RFID 标签中融入传感功能。
努力的方向紧张包括研发能够对环境中的特定因子做出反应的天线，然后，天线向阅读器发送不同频率或者不同旗子暗记强度的数据，表明探测到了某种物质。

例如，Sarma 团队之前设计了一款 RFID 标签用的天线，会在不同的湿度下用不同的波形传输旗子暗记。
他们还设计了能通过紧贴血管感知血虚的 RFID 标签。

然而，Kantareddy 认为，这种特定反应天线有一个弱点，便是多径滋扰（multipath interference）。
即阅读器吸收到的不仅是来自 RFID 标签的直接应答旗子暗记，还有直接应答旗子暗记通过环境反射到达阅读器的多径旗子暗记。
多径旗子暗记会滋扰信息的正常吸收，导致虚警或者漏警。

基于芯片的新型设计

Sarma 团队另辟路子，在芯片上做文章。
他们在市情上采购了能在半主动（拥有电池，但不主动发射旗子暗记）和被动两种模式下事情的 RFID 芯片，然后为其加上标准天线。
接着，他们在市售芯片上附加了设计的新芯片，使得芯片组只有在特定环境刺激下才激活半主动 RFID 模式，发射一组特定旗子暗记。
该旗子暗记与被动 RFID 模式下的旗子暗记不同，能可靠地关照吸收者环境中涌现了某种特定物质。

Kantareddy 表示，这种方案比基于天线的传感 RFID 技能更加可靠，用户不易受到多径效应的滋扰。
接下来，团队将致力于通过研究新的数据格式和增强发射旗子暗记的功率，进一步提高发送数据的可靠性，降落误报警可能性。

Bhattacharyya 强调，新方案还办理了基于天线的 RFID 传感技能面临的一大问题——大量 RFID 标签同时发射时的相互滋扰。
之前被大量短间隔被动标签发出的旗子暗记搞得困惑不已的用户，现在可以把阅读器放在远处，只有当环境中确实涌现特定物质时，阅读器才会发出警报。

即插即用型传感器

在演示实验中，研究团队展示了一款基于市售葡萄糖传感器打造的 RFID 葡萄糖传感器。
在葡萄糖打仗到标签时，传感器中的电解质发生化学反应，产生电能，给 RFID 供应额外能量。

接着，RFID 标签分开被动模式，转换为半主动模式。
滴加的葡萄糖越多，半主动模式持续的韶光就越长。

Kantareddy 表示，用户一接到半主动模式的旗子暗记，就可以知道标签已经创造葡萄糖。
用户还可以进一步根据半主动模式的持续韶光，来测定葡萄糖含量。

当然，目前新型 RFID 葡萄糖探测器的性能还比不上市售的成熟葡萄糖探测器。
Kantareddy 表示，目前团队的紧张目标不是研发葡萄糖探测器，而是展示，新型 RFID 探测器可以比传统的基于天线的 RFID 探测器更可靠地发送旗子暗记。

此外，新型 RFID 探测器的效率更高，由于一方面，在没有感测到目标物质时，RFID 标签事情在被动模式，并不耗电；另一方面，环境中的目标物质本身在打仗探测器时也会产生能量，因此发送旗子暗记的过程耗费电池并不多。

目前，新型 RFID 标签发射的旗子暗记可以在 10 米外吸收，而现有技能只能担保 1-2 米外的吸收。

接下来，团队操持研发一种一氧化碳检测器。
Kantareddy 指出，基于天线的 RFID 传感器设计，对付每种特定的目标物质，都要重新设计天线。
而新设计无需改换天线，只需加入目标物质的检测芯片。
因此，新型 RFID 传感器可以低本钱大面积支配，用来对锅炉、输气管等关键系统进行“即插即用”式的监测。