RFID kuvvet ölçüm etiketleri hassas ölçümü yeniden tanımlıyor

Temas halindeki herhangi iki nesne, platformdaki nesnenin ağırlığı veya insan diz eklemindeki iki kemiğin teması gibi yer çekimi veya mekanik temas nedeniyle birbirlerine belirli bir kuvvet uygulayacaktır. Bu kuvveti daha etkili ve rahat bir şekilde ölçmek için, Kaliforniya Üniversitesi, San Diego'daki bir araştırma ekibi, bu fenomenleri ölçmeye yardımcı olmak için ultra ince bir RFID kuvvet ölçüm "etiketi" geliştirdi.

ForceSticker, iki ana bileşenin entegrasyonundan geliştirildi: sadece birkaç milimetre kalınlığında ve bir pirinç tanesi büyüklüğünde küçük bir kapasitör ve ticari bir 900MHz ultra yüksek frekanslı RFID etiketi. Araştırmacılar, uygulanan kuvveti ölçebilmek ve bilgileri kablosuz olarak standart bir RFID Okuyucusuna iletebilmek için iki bileşeni entegre ettiler.

Kondansatörü oluşturmak için kapasitörün iki iletken bakır şeridi arasına ince bir esnek polimer tabakası yerleştirilir. Polimer üzerine harici bir kuvvet etki ettiğinde, sıkışır ve bakır şeritlerin birbirine daha yakın hareket etmesine neden olarak kapasitör içindeki yükü artırır.

Bu kuvvet ölçen çıkartmanın tasarımı, kapasitanstaki değişikliklerin dikkatli bir şekilde gözlemlenmesinden esinlenmiştir. Harici bir kuvvet uygulandığında, polimer sıkışır ve bakır şeritleri birbirine daha yakın çekerek kapasitansı artırır. Bu tasarımla, araştırmacılar, matematiksel RF modellemesinden türetilen optimize edilmiş bir kapasitans aralığı tasarımına dayalı olarak sensörün anahtarlama yeteneklerini değerlendirebilir ve COMSOL'da çoklu fizik simülasyonları gerçekleştirebilir.

ForceSticker'ın gerçek uygulamasında, araştırmacılar farklı katmanlarda Ecoflex polimer (biyolojik olarak parçalanabilir platin katalizli silikon bazlı polimer) ve 0 ila 6 N ve 0 ila 40 N aralıklarını kapsayan neopren içeren iki farklı 4×2 mm sensör uygulaması kullandılar, okuma hataları sırasıyla 0,25 N ve 1,6 N'dir. Ek olarak, ForceSticker'ı 10.000'den fazla kez stres testine tabi tuttular ve önemli bir hata azalması bulamadılar.

Bu pasif RFID etiketi, güç ve veri iletimi için geri saçılmayı kullanır. RFID okuyucusundan gelen radyo sinyalini alır, sinyali kapasitör tarafından oluşturulan elektriksel değişikliklerle değiştirir ve ardından değiştirilmiş sinyali yorumlayıp kuvvete dönüştüren RFID okuyucusuna geri yansıtır. Bu yöntem, sensör tarafından üretilen analog RF faz dönüşümünü doğrudan RFID elektronik etiketinin kablosuz kanal yoluna yerleştirerek analogdan dijitale geri saçılma bağlantısı oluşturur.

Sensör entegrasyonunu sağlama sürecinde, temel zorluk sensör arayüzünün tasarımıdır. Araştırmacılar, sinyal sadakatini kaybetmeden sensör entegrasyonunu sağlamak için eşleştirilmiş empedanslı eş düzlemli dalga kılavuzu yaklaşımını kullandılar. Dahası, bu hassasiyet ayarını elde etmek için, kapasitörün sıfır kuvvette düzgün şekilde tasarlanmış bir "nominal değere" sahip olması gerekir. Bu, iletim hattının empedansını ve yansıma katsayısını hesaba katarak bu durumu modelleyen çeşitli doğrusal olmayan denklemlerle belirlenir.

Kapasitif sensörler ve dijital kimlik RFID arasındaki arayüzü simüle ederken, araştırmacılar bunu sensörü bir anten ve bir RFID etiketi arasına ikisiyle paralel olarak yerleştirerek yaptılar. Ancak araştırmacılar, iki tane sözde "dejenere" çözüm olduğunu belirtiyorlar (yani en az bir temel değişken sıfırdır). Çözümlerden biri, tüm faz değişimlerinin doğrudan sensörden yansıdığını ve RFID Modülüne hiçbir sinyal ulaşmadığını varsayar. Başka bir çözüm, sensörün kapasitif anahtarlama modunun gerçekten çalıştığını varsayar. Her iki çözüm de teknolojinin daha fazla iyileştirilmesi için rehberlik sağlar.

Genel olarak, Kaliforniya Üniversitesi, San Diego'daki (UCSD) bu ekip, yenilikçi bir kuvvet ölçme etiketi olan ForceSticker'ı geliştirerek Mühendislik atılımlarında nelerin mümkün olduğunu göstermiştir. Mikro kapasitörleri ve ticari RFID etiketlerini entegre ederek, uygulanan kuvveti ölçen ve bilgileri kablosuz olarak ileten bir cihaz yarattılar.

"İnsanlar, kuvveti algılama konusunda doğuştan gelen bir yetenekle doğarlar," UC San Diego Mühendislik Okulu'nda profesör olan Dinesh Bharadia, okuldan yaptığı açıklamada şunları söyledi. "Bu, çevremizle sorunsuz bir şekilde etkileşim kurmamızı sağlıyor ve klinisyenlerin hassas cerrahi prosedürleri gerçekleştirmesine olanak tanıyor. Bu kuvvetleri algılama yeteneğini elektronik cihazlara ve tıbbi implantlara getirmek birçok endüstride devrim yaratabilir."

Ve bu teknoloji yalnızca tıbbi ve endüstriyel uygulamalar için potansiyele sahip olmakla kalmıyor, aynı zamanda depo paketlerinin alt kısmının ağırlığını ölçmek için de kullanılabilir. Sürekli araştırma ve yenilik sayesindeation, gelecekte hayatlarımızı ve işimizi iyileştirmek için bunun gibi daha fazla atılım olacağına inanmak için nedenlerimiz var.